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UNIVERSITÄTSKLINIKUM HAMBURG-EPPENDORF Onkologisches Zentrum/ II. Medizinische Klinik und Poliklinik, Sektion Pneumologie Prof. Dr. med. Carsten Bokemeyer Immunologische Antwort auf akute körperliche Belastung bei Patienten mit idiopathischer pulmonal-arterieller Hypertonie (IPAH) Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin an der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg. vorgelegt von: Emilia Theresa Renk aus Berlin Hamburg 2017

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Page 1: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

UNIVERSITÄTSKLINIKUM HAMBURG-EPPENDORF

Onkologisches Zentrum/ II. Medizinische Klinik und Poliklinik, Sektion Pneumologie

Prof. Dr. med. Carsten Bokemeyer

Immunologische Antwort auf akute körperliche Belastung bei Patienten mit idiopathischer pulmonal-arterieller Hypertonie (IPAH)

Dissertation

zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin an der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg.

vorgelegt von:

Emilia Theresa Renk aus Berlin

Hamburg 2017

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Angenommen von der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg am: 17.07.2017 Veröffentlicht mit Genehmigung der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg. Prüfungsausschuss, der Vorsitzende: Prof. Dr. Carsten Bokemeyer Prüfungsausschuss, zweiter Gutachter: PD Dr. Christoph Sinning

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Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ...........................................................................................................11.1 PULMONAL-ARTERIELLEHYPERTONIE(PAH)...........................................................................................11.1.1 DefinitionundEinteilung......................................................................................................................11.1.2 Klassifikation..............................................................................................................................................21.1.3 Pathogenese................................................................................................................................................51.1.4 Diagnostik................................................................................................................................................. 101.1.5 Therapie..................................................................................................................................................... 11

1.2 IMMUNSYSTEMUNDTRAINING ................................................................................................................... 151.2.1 Anti-inflammatorischerEffekt......................................................................................................... 151.2.2 Paradoxon:Ausdauer-Athleten ....................................................................................................... 21

2 Methodik ..........................................................................................................222.1 STUDIENDESIGN ............................................................................................................................................. 222.2 EINSCHLUSSKRITERIEN................................................................................................................................. 232.3 REKRUTIERUNGDERPROBANDEN ............................................................................................................. 242.3.1 IPAH-Gruppe............................................................................................................................................ 242.3.2 Kontrollgruppe ....................................................................................................................................... 25

2.4 KLINISCHEUNTERSUCHUNG........................................................................................................................ 252.4.1 Echokardiografie ................................................................................................................................... 262.4.2 6-Minuten-Gehtest(6MWD) ............................................................................................................. 262.4.3 Spirometrie............................................................................................................................................... 272.4.4 Spiroergometrie ..................................................................................................................................... 27

2.5 EXPERIMENTELLERTEIL.............................................................................................................................. 282.5.1 VorbereitungderBlutproben........................................................................................................... 282.5.2 Durchflusszytometrie........................................................................................................................... 312.5.3 ELISA........................................................................................................................................................... 33

2.6 STATISTISCHEAUSWERTUNG...................................................................................................................... 333 Ergebnisse .......................................................................................................353.1 BASE-LINEPARAMETER ............................................................................................................................... 353.1.1 KorrelationinnerhalbderBase-lineParameter...................................................................... 36

3.2 ERGEBNISSEDERZELLZAHLMESSUNG....................................................................................................... 373.2.1 LeukozytenundLymphozyten ......................................................................................................... 383.2.2 B-,T-,TCRgd-,NK-,NKT-Zellen,Monozyten .............................................................................. 403.2.3 T-Helfer-Zellen(Th1,Th2,Th17,Th1/17)undTreg-Zellen(CD25/CD127) ............... 453.2.4 IL17,IL6..................................................................................................................................................... 48

4 Diskussion........................................................................................................504.1 EFFEKTEDESKÖRPERLICHENTRAININGSAUFPAH .............................................................................. 504.2 EFFEKTEDESTRAININGSBEITIERMODELLENMITEXPERIMENTELLERPH...................................... 524.3 EINFLUSSVONSPORTAUFDASIMMUNSYSTEMUNDPAH .................................................................... 554.4 UNTERSUCHUNGENVONIMMUNMODULATORISCHENBOTENSTOFFEBEIMMENSCHEN ................. 574.4.1 IPAHundIL-6 .......................................................................................................................................... 584.4.2 IPAHundTh17........................................................................................................................................ 60

4.5 DIESESTUDIE ................................................................................................................................................. 614.5.1 MöglicheVerbesserungenimStudiendesign ............................................................................. 63

5 Zusammenfassung ..........................................................................................64

6 Abbildungs-/ Tabellenverzeichnis ....................................................................67

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7 Abkürzungsverzeichnis ....................................................................................69

8 Literaturverzeichnis..........................................................................................72

9 Danksagung.....................................................................................................79

10 Lebenslauf........................................................................................................80

11 Eidesstattliche Erklärung..................................................................................81

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1 Einleitung In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-

arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer Definition des Krankheitsbildes, der

Klassifikation und Einteilung in die Untergruppen, werden die Mechanismen der

Pathogenese erläutert. Diese sind von Wichtigkeit für die Entstehung dieses

Dissertationsthemas, da eine immunologische Ursache in der

Krankheitsentstehung eine Rolle spielt. Genauer werden auch die

Therapiemöglichkeiten beschrieben, vor allem in Bezug zur Bewegungstherapie

als unterstützende Maßnahme.

Als zweiter großer Pfeiler der Einleitung wird die Bedeutung des Immunsystems

bei körperlichem Training beschrieben. Hier werden die möglichen Veränderungen

durch körperliche Aktivität präsentiert.

1.1 Pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) Zunächst gibt es eine Einführung in das Krankheitsbild der PAH. Diese beginnt mit

einer Definition der Erkrankung. Nachfolgend wird die aktuelle Klassifikation

dargestellt und die Pathogenese, Diagnostik und Therapie der PAH werden

beschrieben.

1.1.1 Definition und Einteilung

Die pulmonal-arterielle Hypertonie ist eine seltene und schwere Erkrankung, die

mit erhöhtem Druck und mit vergrößertem Widerstand im kleinen Kreislauf des

Menschen einhergeht. Die Diagnosestellung der PAH erfolgt nach Druckmessung

in der Pulmonalarterie in Ruhe mittels Rechtsherzkatheter (Swan-Ganz-Katheter).

Ein mittlerer pulmonal-arterieller Druck von 25 mmHg ist definiert als Grenzwert für

die pulmonale Hypertonie (Badesch, Champion et al. 2009). Ferner darf der

pulmonal-arterielle Verschlussdruck (Wedge-Druck), der abgeleitet wird, wenn der

Rechtsherzkatheter mit insuffliertem Ballon bis zum Verschluss eines pulmonalen

Gefäßastes vorgeschoben wird, den Grenzwert von 15 mmHg nicht überschreiten.

Die Prävalenz der PH in der erwachsenen Bevölkerung liegt bei 5- 25 pro

1.000.000 Menschen. Der größte Anteil (65%) der Erkrankten sind mit 31- 60

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Jahren Menschen des mittleren Lebensalters. Nur 10% der Patienten sind älter als

70 Jahre (Humbert, Sitbon et al. 2006).

Die Symptomatik dieser Krankheit beginnt schleichend und unspezifisch mit

Müdigkeit, abnehmender Leistungsfähigkeit, Belastungsdyspnoe und teilweise

leichter Zyanose und Brustschmerzen. Das Beschwerdebild ist nicht spezifisch für

diese eine Erkrankung und kann bei vielen Krankheitsbildern des Herz-

Lungenkreislaufs auftreten. Daher wird die PAH meistens sehr spät erkannt und

die Diagnose erst im schon fortgeschrittenen Stadium gestellt (Gibbs 2007).

Die Stadien der PAH werden nach der World Health Organisation in funktionelle

Klassen I-IV eingeteilt (Galie, Torbicki et al. 2004). Diese WHO Einteilung erfolgt

synonym wie die der NYHA (New York Heart Association), beginnend mit Klasse

I, in der die Erkrankten noch nicht in ihrer Belastbarkeit eingeschränkt sind.

Patienten mit WHO Klasse I werden selten diagnostiziert, da die Erkrankung zu

diesem Zeitpunkt noch nicht symptomatisch ist. Häufiger gibt es

neudiagnostizierte Patienten der Klassen II und III. Bei dem

Krankheitsschweregrad WHO II werden vom Patienten unter Belastung

bestehende leichte Dyspnoe, Schwächeanfälle, Müdigkeit oder thorakale

Schmerzen geschildert. Ähnlich ist die Symptomatik der Klasse III, bei der die

Beschwerden früher und stärker auftreten. In Ruhe bestehen bei den Patienten

dieser WHO-Klassen keine Beschwerden. Dies ist auch die Unterscheidung zur

Klasse IV, bei der die oben genannten Beschwerden auch ohne körperliche

Belastung auftreten und bei leichter körperlicher Aktivität verstärkt sind. Patienten

der WHO-Klasse IV sind stark eingeschränkt und es bestehen Zeichen einer

manifesten Rechtsherzinsuffizienz (Galie, Torbicki et al. 2004).

Die Krankheit hat einen sehr progressiven Verlauf. Durch den chronisch erhöhten

Druck kommt es zu einer starken Rechtsherzbelastung (Arcasoy, Christie et al.

2003), die zum Rechtsherzversagen und dem vorzeitigen Versterben des

Patienten führen kann.

1.1.2 Klassifikation

Die pulmonale Hypertonie ist eine Erkrankung, die vielseitige Ursprünge der

Entstehung haben kann. Gleichzeitig jedoch haben alle verschiedenen Formen

einen ähnlichen Pathomechanismus, klinische Symptome und ähnliche

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Therapieansätze (Fishman 2001). Eine Einteilung in unterschiedliche Gruppen

wurde auf dem ersten weltweiten Symposium für pulmonale Hypertonie 1973

vorgeschlagen (Hatano and Strasser 1975). Bei dieser ersten Klassifizierung

wurde die PH in nur zwei Gruppen eingeteilt. Bei der einen Gruppe waren

Risikofaktoren bekannt, bei der anderen nicht. Seit diesem ersten Symposium gab

es vier weitere Sitzungen, organisiert von der Weltgesundheitsorganisation (WHO)

und die Unterteilung in fünf Gruppen wurde 1998 in Evian auf dem zweiten

Symposium durchgeführt. Seitdem wurden auf dem dritten Symposium in Venedig

(2003), dem vierten in Dana Point (2008) und der letzten Versammlung im Jahre

2013 in Nizza einige Veränderungen der 1998 entstandenen Klassifikation

durchgeführt. Die überarbeiteten Klassifikationen wurden immer nach der Stadt

der Konferenz benannt.

Die zur Zeit aktuelle Klassifikation nach Nizza von 2013 besagt, dass es

verschiedene Formen der pulmonalen Hypertonie gibt, die in fünf Gruppen

eingeteilt werden. Zu der ersten Gruppe gehören die idiopathische PAH, die

erblich bedingte (1.2 FPAH) und eine assoziierte Form, die mit Risikoverhalten,

beispielsweise Drogenkonsum (1.3) oder mit anderen Krankheiten (1.4 APAH),

wie HIV (Opravil, Pechere et al. 1997) oder Schistosomiasis, einhergehen. Bei der

idiopathischen Form der klassischen PAH ist die Krankheitsursache nicht bekannt

(Simonneau, Gatzoulis et al. 2013). Hier ist die Diagnosestellung einer IPAH eine

Ausschlussdiagnose und die Erkrankung wird als diese bezeichnet, wenn dessen

Entstehung keiner anderen Ursache zugeordnet werden kann.

In der vorliegenden Studie, auf welche diese Dissertationsschrift basiert, wurden

Patienten der PAH-Gruppe 1.1 mit idiopathischer Krankheitsherkunft (IPAH) in die

Untersuchungen eingeschlossen.

Die vier weiteren Gruppen der Einteilung werden nach ihrer Genese in kardiale

(Gruppe 2), pulmonale (Gr. 3), embolische (Gr. 4) oder multifaktorielle (Gr. 5)

Formen unterschieden (Abbildung 1). Bei der zweiten Gruppe liegt eine

Linksherzerkrankung der pulmonalen Hypertonie zugrunde. Ursachen können

systolische oder diastolische Dysfunktion oder Klappenerkrankungen sein, die zur

Entstehung einer pulmonalen Hypertonie führen. Durch eine funktionelle Störung

im linken Ventrikel oder einer Klappenstörung des linken Herzens kommt es zu

einem erhöhten Druck im linken Vorhof. Dieser Druck kann eine passive

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Druckübertragung auf den kleinen Kreislauf verursachen und somit einen erhöhten

pulmonal-arteriellen Druck (PAP) hervorrufen. Bei dieser häufigen Ursache der PH

kommt es demnach durch die rückwärtige Druckübertragung auch zu einer

Erhöhung des pulmonal-arteriellen Verschlussdruckes (Wedge-Druck). Die zweite

Gruppe wird nach ihrer Ätiologie in drei Untergruppen unterteilt, es gibt die

pulmonale Hypertonie, die durch systolische oder diastolische

Linksherzdysfunktionalität entstehen und eine Form, bei der die Erkrankung durch

Herzklappenfehler verursacht wird.

In die dritte Hauptgruppe der PH-Einteilung werden die Hypertonien eingeteilt, die

ihre Ätiologie in Lungenerkrankungen und/oder Hypoxie finden. Eine Ursache

kann die in der Bevölkerung sehr häufig auftretende chronisch obstruktive

Lungenerkrankung (COPD) sein. Aber auch andere interstitielle

Lungenerkrankungen können Triggerfaktoren einer PH sein.

Bei der vierten Gruppe ist die PH Folge einer chronischen Thromboembolie der

Lunge (CTEPH), die eine Gefäßverengung bzw. –obliteration und somit eine

Druckerhöhung verursacht. Es kommt durch einen Thromboembolus, durch

Tumoren oder Fremdkörper zu einer Obstruktion der Pulmonalarterie. Bei

Patienten nach einer akuten Thromboembolie tritt die CTEPH in 4% der Fälle auf

(Pengo, Lensing et al. 2004). Die kurative Therapie der Wahl bei der CTEPH ist

eine chirurgische Thrombendarteriektomie.

Bei der fünften und letzten Gruppe der PH-Einteilung hat die pulmonale

Hypertonie eine unklare Ätiologie oder ist multifaktoriell entstanden. Ursachen für

die Entstehung der PH können unter anderem hämatologische (z.B. Polycethemia

vera, Chronisch Myeolische Leukämie), systemische (z.B. Sarkoidose) oder

metabolische (z.B. Glykogenspeicherkrankheiten) Funktionsstörungen sein.

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Abbildung 1: Einteilung pulmonale Hypertonie (Rosenkranz 2015)

1.1.3 Pathogenese

Nachfolgend sollen die Mechanismen, die zur Krankheitsentstehung einer IPAH

führen, kurz analysiert werden. Zuerst werden hier die Veränderungen der

Gefäßwand erläutert und die Bedeutung der entzündlichen Komponente wird

beschrieben.

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1.1.3.1 Pathologische Veränderungen

Progressive, das Lumen verengende Veränderungen der pulmonal-arteriellen

Gefäßwände können bei Patienten mit IPAH beobachtet werden. Der Umbau der

pulmonal-arteriellen Widerstandsgefäße, der unter dem Mikroskop sichtbar ist,

wird kombiniert aus Verdickungen der Intima, Media und Adventitia. Die

Veränderungen setzen sich zusammen aus Endothelhyperproliferation in der

Intima, glatte Muskelzellhypertrophie und –hyperplasie in der Media und die

Einlagerung inflammatorischer Zellen und Fibrose in der Adventitia. Im weiteren

Krankheitsverlauf kommt es zu einer Intimafibrose und plexiformen Läsionen

(Price, Wort et al. 2012). Die plexiformen Läsionen sind charakteristische

Gefäßveränderungen, z.B. aus Endothelzellen entstandene abnormale Kanäle im

Lumen und in der Adventitia. Diese verursachen eine weitere Verengung der

Gefäße und sind somit für eine Druckerhöhung verantwortlich.

Dysregulierte Endothelzellen schütten Wachstumsfaktoren aus, die die glatten

Gefäßmuskelzellen zu starker Proliferation anregen und somit eine Verdickung der

Gefäßwände hervorrufen. Zu diesen proliferativ wirkenden Faktoren gehören

beispielsweise Serotonin (Dewachter, Adnot et al. 2006) und FGF2 (Thompson

and Rabinovitch 1996), die von Endothelzellen vermehrt sezerniert werden.

Gleichzeitig werden wichtige endotheliale Homöostasefaktoren wie Apelin,

welches eine antiproliferative Wirkung auf glatte Gefäßmuskelzellen hatn

geringerem Ausmaß produziert (Alastalo, Li et al. 2011). Die pulmonal-arteriellen

Endothelzellen IPAH erkrankter Patienten produzieren weniger NO, welches eine

Vasodilatation induziert und unterdrückend auf die Proliferation glatter

Muskelzellen wirkt (Rabinovitch 2012). Durch die Stimulation des

Muskelzellwachstums in den Gefäßen und die verminderte Ausschüttung

wachstumsinhibierender Substanzen wird bei der IPAH eine Wandverdickung und

somit eine Druckerhöhung verursacht.

1.1.3.2 Inflammation und IPAH

Bei der Entstehung der IPAH wird ein Zusammenhang mit einer inflammatorischen

Komponente vermutet. Sowohl in Tiermodellen als auch bei Menschen mit IPAH

wurde im Bereich der veränderten Gefäße ein vermehrtes Auftreten von

inflammatorischen Infiltraten beobachtet (Rabinovitch, Guignabert et al. 2014).

Dazu zählen eine erhöhte T- und B-Lymphozytenzahl, sowie ein gehäuftes

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Vorkommen von Makrophagen. Eine tertiäre Lymphoidfollikelbildung, bestehend

aus T-, B-Lymphozyten und dendritischen Zellen wurde in der Umgebung der

veränderten Gefäße nachgewiesen (Perros, Dorfmuller et al. 2012). Das

unterschiedlich ausgeprägte Vorhandensein dieser Zellen konnte mit der

Gefäßdicke und dem mittleren pulmonal-arteriellen Druck in Zusammenhang

gebracht werden (Stacher, Graham et al. 2012). Es wird daher vermutet, dass

lokale Inflammation eine Gefäßveränderung in der Lunge hervorruft und durch

diese lokale Entzündung eine IPAH verursacht werden kann (Tamosiuniene, Tian

et al. 2011).

Zytokine und Chemokine

Nicht nur eine lokale peri- und intravaskuläre Infiltration von Immunzellen konnte

beobachtet werden, sondern auch systemisch wurde eine akzelerierte

Konzentration von Zytokinen und Chemokinen nachgewiesen. Zu diesen im

Kreislauf vermehrt vorkommenden Botenstoffe gehören die Interleukine 1, 6 und 8

(IL-1, IL-6), der Tumornekrosefaktor a (TNF-a), Monozytenattraktionsprotein 1

(MCP-1= monocyte chemoattractant protein 1), Fraktalkine und Chemokinligand 5

(CCL5). Bei einem Teil dieser Stoffe korreliert die im Blut gemessene

Konzentration sogar mit dem klinischen Verlauf der Krankheit und könnten

prognostisch für die Vorhersage des Progresses genutzt werden.

Die entzündungsfördernden Chemokine IL-1b und TNFa rufen eine Akkumulation

von extrazellulären Matrixproteinen, wie Fibronectin hervor, welches bei der

Adhäsion und Migration von Zellen eine wichtige Rolle spielt (Stacher, Graham et

al. 2012). IL-6 stimuliert die Proliferation glatter Muskelzellen (Courboulin,

Tremblay et al. 2011) und führt somit zu einer erhöhten Kontraktilität und

Gefäßwandhypertrophie. Die Bedeutung von IL-6 auf die Gefäßzusammensetzung

konnte mit Hilfe einer Mausstudie bestätigt werden. In dieser Studie haben IL-6-

Knockout-Mäuse keine hypoxieinduzierte PH entwickeln können, sondern waren

resistent dieser gegenüber (Savale, Tu et al. 2009). Hingegen wurde bei Mäusen

mit einer IL-6 Überexpression eine spontane PH-Entwicklung mit

Gefäßremodelling beobachtet (Steiner, Syrkina et al. 2009). Über Aktivierung des

Fibroblasten-Wachstumsfaktors FGF2 (Fibroblast groth factor 2) regt IL-1 die

Muskelproliferation an (Lee and Kay 2009).

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Bei der IPAH kann weiter eine Funktionsstörung des BMPR2 (bone

morphogenetic protein) - Signalwegs beobachtet werden, wodurch es zur

Überexpression von Wachstumsfaktoren und vermehrter proinflammatorischer

Immunantwort kommt (Atkinson, Stewart et al. 2002). Die Dysfunktion und somit

der Rückgang von BMPR2 in pulmonal-arteriellen Endothelzellen verursacht über

eine verminderte Apelinausschüttung eine verstärkte Muskelproliferation. Ein

mutations-bedingter Funktionsverlust (Loss-of-function) des BMPR2 stellt die

häufigste Ursache einer hereditären PAH dar. Weiterhin konnte festgestellt

werden, dass durch den BMPR2-Rückgang eine vermehrte IL-6-Produktion

auftritt, welches wiederum das Wachstum der glatten Gefäßmuskelzellen fördert

und eine erhöhte Kontraktilität bewirkt und somit eine Verengung der Gefäße

hervorruft.

Weiterhin wird vermutet, dass ein BMPR2-Rückgang eine vermehrte Sekretion

vom Granulozyten und Makrophagen stimulierendem Glykoprotein GM-CSF

(granulozytes-macrophages colony-stimulating-factor) induziert und dadurch

Entzündungszellen zum Wachstum angeregt werden und somit ebenfalls

gefäßkonstringierend wirkt. In einem Tierversuch mit Ratten konnte diesbezüglich

gezeigt werden, dass eine erhöhte Konzentration von GM-CSF, welche mittels

Infusion erzeugt wurde, die Entstehung einer PH fördert. Nach Injektion von GM-

CSF neutralisierenden Antikörpern konnte ein Rückgang der hypoxieinduzierten

PH-Entstehung beobachtet werden (Sawada, Saito et al. 2014).

Bedeutung der T-Zellen

Eine wichtige Rolle spielt der BMPR2 für die T-Zell-Differenzierung (Hager-

Theodorides, Outram et al. 2002). Über den BMP-Zytokin-Liganden (BMP= bone

morphogenic protein) induziert der BMPR2 die Treg-Zell-Entwicklung. Diese

regulatorischen T-Zellen kontrollieren T-Zellen und andere Entzündungszellen und

supprimieren somit Autoimmunantworten. Bei Patienten mit PAH wurde eine

veränderte Funktion nachgewiesen, wobei die Dysfunktion der regulatorischen T-

Zellen als ein prädisponierender Faktor für eine PAH-Entstehung gilt. Bei einer

Studie mit thymuslosen Ratten konnte noch einmal gezeigt werden, welche

Bedeutung die im Thymus reifenden T-Zellen bei der Ausprägung einer PAH

haben. Gefäßverletzungen in der Lunge haben bei den Ratten ohne Thymus einen

starken Anstieg der Zahlen von Makrophagen, Mastzellen und B-Zellen ausgelöst.

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Durch eine Gabe von regulatorischen T-Zellen wurden die wichtigsten

immunsuppressiven Zellen des Thymus substituiert und daraus resultierte eine

Reduktion der intravasalen Entzündungsreaktion (Tamosiuniene, Tian et al. 2011).

Makrophagen

Makrophagen bilden eine wichtige Komponente bei der Entstehung einer PH. Die

Infiltration der Lungengefäße wird vor allem von Makrophagen dominiert. Diese

sind auch Bestandteil von plexiformen Läsionen, die in Gefäßen bei PAH sichtbar

sind.

Ein Abbau oder eine Inaktivierung der Makrophagen verhindern eine PAH-

Entstehung in Modellen wie zum Beispiel der hypoxieinduzierten PH. Häufig

wurden Makrophagen in Zusammenhang mit einer infektiösen Genese der PAH

gesetzt, aber auch bei der idiopathischen Form der PAH kann eine

Makrophagenvermehrung in der Lunge beobachtet werden. Eine Aktivierung der

Makrophagen verursacht epigenetische Veränderungen, die eine

Fibroblastenproliferation induzieren und eine Produktion proinflammatorischer

Zytokine vermehren (Li, Riddle et al. 2011). Leukotriene werden verstärkt

sezerniert, die eine pulmonal-arterielle Apoptose fördern, und ein hypertrophes

Wachstum der glatten Gefäßmuskulatur induzieren. Tian et al. haben gezeigt,

dass durch eine Leukotrienblockade eine experimentell hervorgerufene PH

reversibel ist (Tian, Jiang et al. 2013) und eine Unterdrückung der CD68+

Makrophagen eine PH-Entwicklung verhindert.

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Abbildung 2: Pathologische Veränderungen mit inflammatorischen Zellen und

plexiformen Läsionen (Rabinovitch 2012)

1.1.4 Diagnostik

Zur Diagnosestellung einer PH muss eine Rechtsherzkatheteruntersuchung

durchgeführt werden. Damit die invasive Untersuchung gerechtfertigt ist, muss in

erster Linie die Herzultraschall-Untersuchung den Verdacht auf eine PH

verstärken.

Verdächtig ist, wenn der systolische Pulmonalarteriendruck in der kardialen

Sonographie auf über 50 mmHg geschätzt wird (physiologischer systolischer

Pulmonalarteriendruck <28 mmHg) und somit eine weiterführende Diagnostik, die

Rechtsherzkatheteruntersuchung, indiziert. Im Falle von Grenzwertmessungen

(Werte zwischen 36-50 mmHg) kann bei symptomatischen Patienten oder

Patienten mit Risikofaktoren eine weitere Untersuchung erfolgen. Auch eine in der

Echokardiografie festgestellte Dilatation des rechten Ventrikels kann auf eine PH

hinweisen und sollte abgeklärt werden. Eine Echokardiografie des Herzens ist

zwar wegweisend, aber diagnosebringend ist nur die

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Rechtsherzkatheteruntersuchung mit einem mittleren pulmonal-arteriellen Druck

über 25 mmHg (mPAP >25 mmHg) (Arcasoy, Christie et al. 2003).

Weiterhin werden bei der Rechtsherzkatheteruntersuchung, neben dem

systolischen Pumonalarteriendruck, der diastolische sowie der Mitteldruck der

Pulmonalarterie gemessen und dokumentiert. Zudem werden die Drücke im

rechten Atrium und Ventrikel und der pulmonalkapilläre Verschlussdruck bestimmt.

Diese oben genannten Werte können die Klassifizierung der PH erleichtern, aber

auch als Verlaufsparameter dienen.

Bei der Durchführung der Rechtsherzkatheteruntersuchung sollte bei PH-

Patienten eine Reagibilitätstestung der pulmonalen Gefäße durchgeführt werden.

Dieser Test teilt die PAH-Patienten in Responder (darauf reagierend) und Non-

responder (nicht-reagierend) Patienten. Diese Einteilung hilft bei der

bestmöglichen Therapiefindung. Zur Testung werden die Patienten mit

kurzwirksamen Medikamenten mit geringem systemischen Effekt, wie

Stickstoffmonoxid, behandelt. Als Responder (positive Akut-Responder) gelten

Patienten, bei denen der mittlere pulmonalarterielle Druck um 10 mmHg bis 40

mmHg sinkt. Bei den wenigen Patienten, die mit dieser lokalen Vasodilatation auf

den Test antworten, ist eine Langzeittherapie mit Kalziumantagonisten möglich.

Zur Testung sollten diese jedoch nicht verwendet werden, da sie starke

Nebenwirkungen hervorrufen könnten. Der Untersucher findet somit bei der

Diagnosestellung heraus, ob der Patient über einen langen Zeitraum mittels der

Kalzium-Monotherapie behandelt werden kann. Nur sehr wenige Patienten

reagieren im Vasoreagibilitätstest als Responder, aber bei etwa der Hälfte der so

positiv getesteten IPAH Patienten ist eine Therapie mit Kalziumantagonisten

erfolgreich (Sitbon, Humbert et al. 2005).

1.1.5 Therapie

Im April 2015 haben Richter et al. beim Springerverlag eine Erneuerung der

Therapiemöglichkeiten der PAH publiziert. Richter und Kollegen beschreiben

neben den Kalzium-Antagonisten vier für die Behandlung der PAH zugelassene

Medikamentenklassen, die in unterschiedlicher Form verabreicht werden können

(Richter, Gall et al. 2015).

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1.1.5.1 Medikamentöse Therapie

Die PH ist eine chronische Erkrankung, für die es bisher keine kurative Therapie

gibt. Die Medikamente, die zur Zeit für die Behandlung der PAH zugelassen sind,

bewirken eine symptomatische Verbesserung und verlängern die Zeit bis zum

Eintritt einer klinischen Verschlechterung. Weiterhin konnte in Studien gezeigt

werden, dass medikamentös therapierte Patienten im Vergleich zu mit Placebo

behandelten Patienten eine deutliche Reduktion der Krankenhausliegetage und

der Sterberate aufweisen (Galie, Manes et al. 2009).

Kalzium-Antagonisten (Amlodipin, Nifedipin, Diltiazem) gehören zu der ersten

Medikamentenklasse, die für die Behandlung der PAH eingesetzt werden. Diese

Medikamente sollten allerdings nur bei Patienten mit einer PAH, das heißt Klasse I

nach Nizza, verschrieben werden.

Als weitere Medikamente zur Behandlung der PAH gibt es die Endothelin-

Rezeptor-Antagonisten. Die drei Wirkstoffe Bosentan, Sitaxentan und Ambrisentan

sind als orale Medikation zugelassen für Erkrankungsschweregrade der WHO-

Klassen II-III. Eine jeden Monat durchgeführte Blutentnahme zur

Leberwertkontrolle muss dringend erfolgen, da die Medikamente hepatotoxisch

sind. Aus diesem Grund wird der Einsatz dieser Medikamente vom

Gesundheitssystem überwacht, indem der verschreibende Arzt dafür registriert

sein muss.

Die Phosphodiesterase-5-Inhibitoren Sildenafil und Tadanafil werden für PAH-

Patienten im funktionellen Stadium WHO II und III eingesetzt. Die orale Einnahme

beträgt 3x 20mg/d (Sildenafil) und 1x 40mg/d (Tadanafil). Bei der Langzeittherapie

wird jedoch häufig eine Erhöhung der zugelassenen SiIdenafildosis erforderlich,

ohne die Ursache für diesen Effekt zu kennen. Möglicherweise ist der Grund dafür

eine Toleranz auf das Sildenafil oder eine starke Progression der PAH einige Zeit

nach Beginn der Behandlung.

Weiterhin kommen für die Behandlung der PAH Prostanoide in Frage. Dazu zählt

das Iloprost, welches vor allem in Deutschland bei NYHA III inhalativ über einen

Vernebler gegeben wird. Außerhalb Europas ist eine intravenöse Verabreichung

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von Iloprost zugelassen. In Deutschland wird Iloprost für eine subkutane

Pumpentherapie mit Katheter verschrieben, wobei strengstens auf unerwünschte

Arzneimittelnebenwirkungen wie Katheterinfektion, Hypotension, Flush-

Symptome, Kopfschmerzen und Durchfall, zu achten ist.

Als letztes Medikament kann hier die Substanzklasse der löslichen Stimulatoren

der Guanylatzyklase, sGCS (= soluble guanylate cyclase stimulator), genannt

werden. Dies ist eine neue, in Deutschland seit April 2014 für die PAH-Therapie

zugelassene Medikamentenklasse, dessen Vertreter, Riociguat, in einer Studie

von Ghofrani et al. als sehr wirksam bewertet wurde (Ghofrani, Galie et al. 2013).

In den meisten Fällen werden die Therapieziele mit einer Monotherapie nicht

erreicht und eine Kombination zweier Medikamentengruppen wird etabliert.

Dadurch sind verbesserte Behandlungsergebnisse bekannt und die Sicherheit der

Patienten ist keinem erhöhten Risiko ausgesetzt. Bisher ist die Datenlage zur

Fragestellung, welche Medikamentengruppen in welchen Fällen am ehesten

miteinander kombiniert werden sollten, nicht ausreichend und die Kombination

sollte individuell auf den Patienten abgestimmt werden. Eine häufig verwendete

Kombination ist die von einem Endothelin-Rezeptor-Antagonisten und einem

Phosphodiesterase-5-Inhibitoren.

Für geeignete Patienten kommt als Therapie eine Lungentransplantation in Frage,

bei der der Patient eine gespendete Lunge - bzw. Herz und Lunge bekommt.

Geeignet für diese Therapie sind Patienten, bei denen trotz optimaler Therapie

kein ausreichender Behandlungserfolg festzustellen ist.

1.1.5.2 Supportive Therapie

Zur Therapie zählen nicht nur das Verschreiben der Medikamente, sondern auch

die Kontrolle der medikamentösen Wirkweise und die Überwachung der

Patientenreaktion auf die Medikamente. Häufig müssen für den optimalen

Therapieerfolg mehrere Medikamente miteinander kombiniert werden. Dafür ist

wiederum eine sehr genaue Überwachung der Wirkung erforderlich und es wird

empfohlen die Behandlung der PAH in den dafür vorgesehen Spezialzentren

durchzuführen. Um den Progress und auch die Nebenwirkungen einzugrenzen

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wird die Therapie beobachtet und die Patienten werden einmal im Quartal zur

Wiedervorstellung ins PH-Zentrum eingeladen.

Neben den Möglichkeiten des oben im Text erläuterten breiten Spektrums der

PAH-gezielten, pharmakologischen Therapie sollte bei Patienten mit PAH auf

grundsätzliche Parameter geachtet werden. Es sollten Empfehlungen zum

allgemeinen Verhalten ausgesprochen werden und die spezielle Therapie sollte

durch entsprechende Komedikation unterstützt werden. Dazu zählen unter

anderem orale Antikoagulantien. Es wird empfohlen bei IPAH-Patienten, sofern

keine Kontraindikationen bestehen, eine Blutverdünnung mit einem Ziel-INR-Wert

von 2- 3 durchzuführen (Galie, Hoeper et al. 2009).

Bei individuellem Bedarf können Patienten mit Sauerstoff versorgt werden, um

mögliche Atemnot zu lindern und eine höhere Sauerstoffversorgung zu

gewährleisten (Ghofrani, Distler et al. 2010).

Generell sollte bei weiblichen Erkrankten der PAH eine Schwangerschaft

vermieden werden, da eine 30- 50% Mortalität vorhanden ist und eine Gravidität

somit kontraindiziert ist (Bedard, Dimopoulos et al. 2009). Bei der Kontrazeption

muss dringend auf mögliche Arzneimittelwechselwirkungen geachtet werden.

Es wird ein körperliches Ausdauertraining empfohlen, welches in geschulten

Einrichtungen durchgeführt wird (Galie, Hoeper et al. 2009). Sportliche

Überanstrengungen mit körperlichen Beschwerden wie Dyspnoe oder thorakalen

Schmerzen sollten von betroffenen Patienten vermieden werden.

Um nicht nur das körperliche Befinden des Patienten zu betrachten, sollte der

behandelnde Arzt eine psychologische Unterstützung bereit stellen, damit auch

die psychische Gesundheit des Patienten erhalten bleibt.

1.1.5.3 Körperliches Training als supportive Therapie

Körperliches Training, in Form von geschultem Ausdauertraining, als

unterstützende Therapiemaßnahme bei der Behandlung von Patienten mit PAH

zeigte sich als äußerst wichtig und effektiv. Babu et al. demonstrierten in einem

Abstrakt den Nutzen und die Effektivität vom körperlichen Training auf die

Gesundheit und Lebensqualität der Patienten (Babu, Padmakumar et al. 2016). In

dieser Arbeit fassten die Autoren bisherige Studien, welche sich mit einer

sportlichen Intervention bei PAH-Patienten beschäftigten zusammen. In diesem

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Zusammenhang wurden 15 Artikel zitiert, in denen eine Verbesserung der

sportlichen Kapazität (mit einer deutlichen Verlängerung der Gehstrecke beim

6MWD (= 6 minutes-walking-distance)), eine Verbesserung der

Überlebenschance, der funktionellen Klasse, sowie der Lebensqualität festgestellt

wurden.

1.2 Immunsystem und Training Vielen Erkrankungen liegen Veränderungen des Immunsystems zugrunde. Häufig

besteht im Körper ein inflammatorischer Zustand, der die Entstehung chronischer

Krankheiten verursacht oder unterstützt. Diesbezüglich können zudem

Veränderungen des Immunstatus durch körperliche Aktivität beobachtet werden,

die anschließend aufgezählt werden.

1.2.1 Anti-inflammatorischer Effekt

Es konnte gezeigt werden, dass sportliche Aktivität das Risiko der

Krankheitsentstehung vieler Erkrankungen, wie z.B. Diabetes mellitus Typ 2,

kardiovaskuläre, respiratorische Erkrankungen, Demenz und Depression

verringert. Da das Risiko der Krankheitsentstehung durch Sport reduziert werden

könnte, wäre es von Bedeutung zu wissen, welchen Einfluss die Aktivität auf die

Pathogenese hat.

Allen oben genannten Krankheiten liegt eine inflammatorische Komponente zu

Grunde. Durch eine körperliche Inaktivität und mit einer daraus hervorgehenden

möglichen Adipositas besteht eine chronische Entzündung, die eine Entstehung

dieser Erkrankungen begünstigt (Hotamisligil 2006, Shoelson, Lee et al. 2006,

Leonard 2007, Ouchi, Parker et al. 2011, Rook and Dalgleish 2011). Der dadurch

hervorgerufene inflammatorische Zustand beinhaltet eine erhöhte Konzentration

von Interleukin-6 (IL-6), Tumornekrosefaktor (TNF) und C-reaktivem Protein

(CRP). Das häufig bei Adipositas hervorkommende viszerale Fett verursacht eine

gesteigerte Sekretion von pro-inflammatorischen Adipokinen, durch welche

entzündungsfördernde Zellen angelockt werden.

Körperliches Training kann diesen oben beschriebenen entzündeten Zustand

reduzieren. Zum einen geschieht dieses durch den Abbau des viszeralen Fettes

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und der damit verminderten Ausschüttung inflammatorischer Adipokine. Zum

anderen wird durch körperliche Betätigung eine Produktion anti-inflammatorischer

Botenstoffe induziert (Petersen and Pedersen 2005, Mathur and Pedersen 2008).

In wissenschaftlichen Abhandlungen über die anti-inflammatorischen Effekte durch

körperliches Training wurden drei mögliche Mechanismen des

entzündungshemmenden Einflusses von körperlicher Aktivität diskutiert (Petersen

and Pedersen 2005, Flynn and McFarlin 2006, Mathur and Pedersen 2008).

Der erste wichtige Mechanismus, der in der Arbeit beschrieben ist, ist die

Reduktion des Bauchfettes mit einer daraus resultierenden Abnahme

inflammatorischer Zytokine. Als weiterer Mechanismus wird vermutet, dass durch

gesteigerte Muskelarbeit anti-entzündliche Zytokine vermehrt freigesetzt werden.

Als dritte Ursache für die anti-inflammatorische Wirkweise wird die verminderte

Expression von Toll-like-Rezeptoren (TLR) auf Monozyten und Makrophagen

vermutet, welche ebenfalls eine Abnahme der Produktion von entzündlich

wirkenden Zytokinen hervorrufen.

In Mausstudien wurden zwei weitere Mechanismen beschrieben, zum einen die

Verhinderung der Monozyten- und Makrophageneinwanderung in das Fettgewebe

und zum anderen eine im Fettgewebe auftretende Phänotypänderung von

Makrophagen (Kawanishi, Yano et al. 2010).

Diese Mechanismen konnten noch nicht auf den Menschen übertragen werden.

Aber nach körperlicher Belastung konnte sowohl eine auffällige Veränderung der

Monozytenzahlen im Blut (Timmerman, Flynn et al. 2008) als auch eine Erhöhung

der Zahl der regulatorischen T-Zellen (Yeh, Chuang et al. 2006) festgestellt

werden.

1.2.1.1 Reduktion des viszeralen Fettes

Vor allem das intraabdominelle Fettgewebe verursacht eine gesteigerte

Produktion von pro-inflammatorischen Adipokinen wie TNF, Leptin und IL-6.

Gleichzeitig wird eine Reduktion von anti-inflammatorischen Zytokinen wie

Adiponectin (Ouchi, Parker et al. 2011) hervorgerufen, wodurch es zu einer

chronischen Inflammation des Gewebes kommt. Durch körperliche Bewegung wird

sowohl das Bauchfett als auch das viszerale Fett reduziert und dessen

inflammatorische Wirkweise lässt nach. Sogar bei sportlich aktiven Probanden, die

keine Gewichtsverluste vorzuweisen hatten, konnte eine Abnahme der im

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Kreislauf zirkulierenden pro-inflammatorischen Adipokin-Werte und eine Zunahme

vom entzündungshemmenden Adiponectin gemessen werden (Mujumdar,

Duerksen-Hughes et al. 2011).

1.2.1.2 Vermehrte Muskelaktivität

In Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass nach körperlicher Aktivität eine

erhöhte Konzentration von IL-6 intrazellulär und im Blut gemessen wird. Nach

einem Ausdauerkörpertraining von 2,5 Stunden wurde eine über 100-fach

gesteigerte IL-6 Konzentration festgestellt. Bei kürzerer Belastung ist die

Vervielfachung des IL-6 Wertes etwas geringer (Fischer 2006). Die

Plasmakonzentration von IL-6 steigt exponentiell zur Trainingsdauer und

normalisiert sich etwa eine Stunde nach Belastungsende. Durch

Muskelkontraktion kommt es also zum IL-6 Anstieg. Die körperliche Aktivität führt

zum Verbrauch der Glykogenvorräte im Muskel. Diese Glykogenabnahme

stimuliert die Synthese und Ausschüttung von IL-6. Weitere Faktoren, die eine IL-

6 Transkription im Muskel aktivieren sind der durch Sport bedingte intrazelluläre

Kalziumanstieg und eine vermehrtes Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies

(Fischer 2006).

Der temporäre IL-6 Anstieg im Blut stimuliert eine Cortisolfreisetzung aus den

Nebennierenrinden und verursacht einen Anstieg von anti-inflammatorischen

Zytokinen. Es konnte gezeigt werden, dass durch IL-6 neben Cortisol die

Plasmakonzentrationen von IL-10 und dem IL-1 Rezeptor Antagonist (IL-1RA)

ansteigen (Steensberg, Fischer et al. 2003). Interleukin-10 ist ein wichtiger

Promotor für die Gegenregulation der Inflammation. Er reguliert und beendet die

Immunantwort und minimiert die entzündungsbedingte Gewebsverletzung (Moore,

de Waal Malefyt et al. 2001). Weiterhin wird eine endotoxin-stimulierte TNF-

Produktion supprimiert (Starkie, Ostrowski et al. 2003).

Durch Muskelaktivität wird die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse

und das Sympathische Nervensystem aktiviert, woraufhin es zur erhöhten

Ausschüttung von Adrenalin und Cortisol kommt. Die Nebennierenrinde wird vom

hypophysären adrenocorticotropen Hormon (ACTH) zur Cortisolfreisetzung

angeregt und das Sympathische Nervensystem bewirkt innerhalb kürzester Zeit

eine Adrenalin- und Noradrenalinausschüttung aus dem Nebennierenmark

(Gleeson, Bishop et al. 2011). Adrenalin hat wie das IL-10 eine anti-

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inflammatorische Wirkung ebenso das Cortisol, durch welches eine Ausschüttung

pro-inflammatorischer Zytokine erniedrigt wird.

Cortisol und Adrenalin werden beide durch die sportliche Betätigung

ausgeschüttet und der Plasmaspiegel ist abhängig von Ausdauer und Intensität

des Trainings.

1.2.1.3 Immunologische Zellen

Nachfolgend werden die durch Sport bedingten Veränderungen der einzelnen

immunologischen Zellen beschrieben, welche bisher in verschiedenen Studien

entdeckt wurden.

1.2.1.3.1 Makrophagen

Cinti et al. haben die Hypothese aufgestellt, dass durch eine Hypertrophie der

Adipozyten und der damit korrelierenden gehäuften Nekrose der Fettzellen

vermehrt PBMC (= peripheral blood mononuclear cell: Makrophagen und T-Zellen)

angelockt werden, die das Fettgewebe infiltrieren und die Überreste der

abgestorbenen Adipozyten entfernen (Cinti, Mitchell et al. 2005). Makrophagen

und T-Zellen wandern also, durch Chemokine angelockt, in das Fettgewebe, um

die dort vorherrschenden Ausmaße der chronischen Entzündung zu regulieren

(Jiao, Chen et al. 2009).

Die Migration der aus dem peripheren Blut stammenden Makrophagen wird über

Chemokinauschüttung reguliert. Dazu muss es auf den Blutzellen zur Expression

von komplementären Chemokinrezeptoren kommen. Damit die peripheren

Blutzellen ins Gewebe einwandern können, müssen zusätzliche

Adhäsionsmoleküle auf den PBMC exprimiert sein (Gleeson, Bishop et al. 2011).

Sport wirkt der adipozytären Anlockung der PBMC entgegen, indem durch die

Bewegung Stress hervorgerufen wird und durch diesen im Blut vermehrt

Chemokine ausgeschüttet werden. Durch die Belastung kommt es zu einer

Chemokinerhöhung, welche bewirkt dass die PBMC an diese gewöhnt werden

und die für die Anlockung zum entzündeten Gewebe benötigten

Chemokinrezeptoren von den Zellen internalisiert werden (Maffei, Funicello et al.

2009). Es kommt zur Herunterregulierung der Rezeptoren auf den PBMC und

somit zu einer verringerten Einwanderung in das betroffene Gewebe.

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Im Fettgewebe können die Makrophagen im aktivierten Zustand zwei verschieden

polarisierte Formen annehmen M1 und M2. Diese haben unterschiedliche

Auswirkungen auf die Entzündungsausmaße. M1, die klassisch aktivierte Form,

hat eine pro-inflammatorische Funktion indem sie TNF, NO und IL-6 produzieren.

Makrophagen vom M2-Typ hingegen sezernieren anti-inflammatorische Zytokine

und bilden Arginase und wirken somit entzündungshemmend (Martinez, Sica et al.

2008). Bei inaktiven Personen gibt es vermutlich eine höhere Konzentration von

M1-Makrophagen, sodass bei diesen die entzündungsfördernde Wirkung im

Fettgewege überwiegt (Lumeng, Bodzin et al. 2007).

In einer Studie mit überfütterten Mäusen konnte 2010 die Annahme bestätigt

werden, dass durch körperliche Aktivität ein Switching der Makrophagen im

Fettgewebe vom inflammatorischen M1-Typ zum antientzündlichen M2-Typ

induziert wurde (Kawanishi, Yano et al. 2010). Neben der durch Sport reduzierten

Migration von Makrophagen, ist diese Phänotypänderung von M1 zu M2 ein

möglicher Mechanismus der entzündungshemmenden Wirkung von körperlicher

Aktivität. Dies muss jedoch im menschlichen Organismus noch genauer

untersucht werden.

1.2.1.3.2 Monozytenpopulationen und TLR-Expression

Es gibt verschiedene Monozytensubpopulationen: die klassische (CD14hiCD16-)

und nicht-klassische (CD14low/hiCD16+) Variante, die sich in der Ausprägung von

Toll-like-Rezeptoren (TLR) unterscheiden. TLR sind wichtige Bestandteile, die zur

Erkennung von Pathogenen dienen. Als Membranproteine werden sie von Zellen

des angeborenen Immunsystems, z.B. Makrophagen, Monozyten, exprimiert und

sezernieren nach Pathogenbindung pro-inflammatorische Zytokine, um die

adaptive Immunantwort zu induzieren. TLR sind somit an einer systemischen

Entzündung beteiligt (Takeda, Kaisho et al. 2003). Die nicht-klassischen,

inflammatorisch wirkenden CD14lowCD16+ Monozyten exprimieren die 2,5-fache

Menge an TLR und spielen eine Rolle bei der Genese einiger Erkrankungen, wie

zum Beispiel der rheumatoiden Arthritis (Baeten, Boots et al. 2000) und der

koronaren Herzkrankheit (Schlitt, Heine et al. 2004).

Eine Vergleichsstudie zwischen einer aktiven und einer inaktiven

Bevölkerungsgruppe hat gezeigt, dass bei aktiven Probanden eine deutlich

verminderte Zahl inflammatorischer Monozyten im Vergleich zur inaktiven

Kontrollgruppe vorhanden waren (Timmerman, Flynn et al. 2008). Durch

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körperliches Training konnte bei inaktiven Probanden zudem die

Monozytenkonzentration der inflammatorischen Zellen auf das Niveau der aktiven

gesenkt werden und eine Reduktion der TNF-Produktion konnte erreicht werden.

Weiterhin demonstrierte eine Studie, bei der inaktive und aktive Probanden

teilnahmen, dass in vitro bei den aktiven Studienteilnehmern eine weniger starke

Immunantwort auf ein Endotoxin auftritt als bei bewegungspassiven. Gleichzeitig

konnte beobachtet werden, dass diese Gruppe eine niedrigere TLR4-Expression

aufzeigt (Flynn and McFarlin 2006). Es wird vermutet, dass Bewegung die TLR-

Konzentration reduziert, daher weniger Pathogene erkannt werden und geringere

Immunantworten hervorgerufen werden. Der genaue Mechanismus wie es durch

Sport zur Reduktion der TLR-Expression kommt, wurde noch nicht gefunden und

die Frage bleibt zu klären, ob die TLR abgeworfen oder von den Monozyten

internalisiert werden.

Mit der Grundlage aus einem vorhergegangen Bericht, dass die Cortisoltherapie

eine Reduktion der CD14lowCD16+ Monozyten provoziert (Fingerle-Rowson,

Angstwurm et al. 1998), wird nun geschlussfolgert, dass der sportbedingte

Cortisolanstieg eine Verringerung der inflammatorisch wirkenden Monoytenzahl

bewirkt (Gleeson, Bishop et al. 2011).

1.2.1.3.3 Lymphozyten

Regulatorische T-Zellen

In einer weiteren Studie, in der die Probanden an einem 12 Wochen dauernden

Tai-Chi-Training teilgenommen haben, wurden Konzentrationsveränderungen

einer weiteren Zellpopulation gemessen. Dabei handelt es sich um die

regulatorischen CD4+CD25+ T-Zellen (Treg-Zellen). Es wurde nach dem 12-

wöchigen Training ein Anstieg von den Treg-Zellen im Blut festgestellt (Yeh,

Chuang et al. 2006). Die regulatorischen T-Zellen sind wichtig für die Steuerung

der Immunantwort. Eine Dysfunktion dieser Zellen kann zu

Autoimmunerkrankungen und zur Hyperreaktivität auf fremde Antigene führen

(Sakaguchi 2005). Somit hat körperliche Auswirkung auch dank der Treg-Zahl-

Zunahme positive Auswirkungen auf den Entzündungsstatus in adipösen

Menschen.

Zusammenfassend kann man sagen, dass diese Untersuchungen gezeigt haben,

dass sportliche Aktivität einen positiven Effekt auf das Immunsystem hat und die

anti-inflammatorische Wirkweise fördert. Bei leichter Aktivität, wie schnelles

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Gehen, sind die als erstes dargestellten Mechanismen, die Reduktion des

viszeralen Fettgewebes mit abnehmender pro-inflammatorischer Zytokinzahl,

wichtig. Für ausdauerndes, moderates Training und für hoch intensives Training

spielen die anderen Mechanismen, wie die Monozytenzahlabnahme, die

gesteigerte Treg-Zahl und veränderte Sekretion und Expression von

entzündungshemmenden Faktoren eine wichtige Rolle für die anti-

inflammatorische Wirkweise der körperlichen Aktivität (Gleeson, Bishop et al.

2011).

1.2.2 Paradoxon: Ausdauer-Athleten

Im Vergleich zu inaktiven Personen konnte bei Probanden mit moderatem

körperlichen Training eine deutliche Reduktion der Infektanfälligkeit von den

oberen Atemwegen festgestellt werden (Matthews, Ockene et al. 2002). Bei den

elitären Athleten konnte hingegen eine erhöhte Frequenz von

Atemwegserkrankungen festgestellt werden, die vermutlich durch zu viel und zu

intensives Training verursacht werden.

Eine Mausstudie hat gezeigt, dass bei Tieren, die exzessivem Training ausgesetzt

waren, eine stärkere IL-10-Antwort auf Antigenexposition auftrat (Wang, Song et

al. 2012). Eine Untersuchung mit Ausdauerathleten hat gezeigt, dass Sportler, die

während des Wintertrainings anfällig für Krankheiten waren, eine deutlich höhere

IL-10-Antwort auf Antigene aufwiesen als über die Zeit gesund gebliebene Sportler

(Gleeson, Bishop et al. 2012). Sowohl aus Maus- als auch aus Menschenstudien

gibt es Hinweise, dass durch eine erhöhte IL-10-Produktion die Effektivität der

pathogenspezifischen Immunantwort vermindert wird. Vor allem die angeborene

Immunantwort und die adaptive Th1-Zellantwort werden verändert.

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2 Methodik Zunächst wird das Design der Studie, auf welches diese Dissertationsschrift

basiert, präsentiert. Weiterhin werden die Einschlusskriterien der

Patientenrekrutierung beschrieben sowie die durchgeführten Untersuchungen der

Probanden und der daran anschließende experimentelle Teil der Arbeit dargelegt.

Die klinischen Untersuchungen wurden durch das Votum der Ethikkommission

(Nr. PV4333) genehmigt.

2.1 Studiendesign Aus dem zuvor Erläuterten ergibt sich die Vermutung, dass bei Patienten mit

IPAH, körperliche Belastung eine Veränderung in der Zusammensetzung der

zellulären Subpopulationen im peripheren Blut hervorruft. Des Weiteren wird

angenommen, dass sich diese Veränderungen von denen gesunder Probanden

unterscheiden. Ziel der Studie war es herauszufinden, welchen Zusammenhang

es bei der IPAH zwischen körperlicher Aktivität und dem Immunsystem gibt. Um

die Veränderungen und Zusammenhänge zu analysieren, ergibt sich hieraus das

nachfolgend beschriebene Studiendesign:

In die Studie eingeschlossen wurde eine Gruppe von IPAH-Patienten und eine

weitere von gesunden Kontrollen. Mittels Spiroergometrie wurden diese

Probanden einer körperlichen Belastung ausgesetzt und ihnen zu drei Zeitpunkten

(vor, nach Belastung und nach 1h körperlicher Ruhe) venöses Blut abgenommen,

um dieses anschließend auf Lymphozytenveränderungen zu untersuchen (siehe

Abb. 3: Projektskizze).

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Abbildung 3: Projektskizze

2.2 Einschlusskriterien Für die Studie wurden Patienten aus der Spezialambulanz für pulmonal-arterielle

Hypertonie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf rekrutiert. Patienten

konnten in die Studie eingeschlossen werden, wenn sie mit der Diagnose einer

idiopathischen pulmonal-arteriellen Hypertonie (IPAH, Nizza-Klasse 1.1) in der

Ambulanz behandelt wurden. Es handelt sich somit um prävalente Fälle.

Bedingung war, dass die Diagnose in der Vergangenheit durch eine

Rechtsherzkatheteruntersuchung mit erhöhtem mPAP (über 25 mmHg) und einem

pulmonalkapillären Verschlussdruck (unter 15 mmHg) bestätigt wurde. Weitere

Kriterien wie die Volljährigkeit der ausgewählten Patienten mussten erfüllt sein,

damit die Patienten in die Studie aufgenommen werden konnten. Patienten, die zu

sehr in ihrer Belastbarkeit eingeschränkt sind (NYHA IV), wurden aus der Studie

ausgeschlossen, da eine körperliche Belastung bis zur Erschöpfung ein zu großes

Risiko birgt. Teilnehmen konnten nur Patienten, die im Stadium NYHA II oder III

klassifiziert waren. Weiterhin wurden Patienten mit einer kürzlich stattgehabten

klinischen Verschlechterung, die mit Zunahme einer Dyspnoe einherging,

Patienten mit einer signifikanten restriktiven und/ oder obstruktiven

Ventilationsstörung sowie mit chronischen oder passageren Komorbiditäten (zum

IPAH%

Körperliche Ruhe (1h)

Patienten mit IPAH n=12

„matched“ Kontrollprobanden

n=10 Abnahme%von%peripher%venösem%Blut%

Körperliche Belastung: Spiroergometrie

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Beispiel des muskuloskeletalen Systems, wenn diese die Patienten stärker

einschränkten als die PAH) und Patienten mit Gehhilfe von der Studie

ausgeschlossen.

Damit die immunologischen Veränderungen auf körperliche Belastung bei IPAH-

Erkrankten mit Nicht-Erkrankten verglichen werden konnten, musste auch eine

gesunde, geschlechts- und altersangepasste Kontrollgruppe zusammengestellt

werden. Dafür wurde gezielt, in Hinblick auf das Alter und Geschlecht, nach in

Frage kommenden Probanden gesucht. Bei den Kontrollen war, ebenso wie bei

den Patienten, die Volljährigkeit Bedingung zur Teilnahme. Weiterhin sollten die

Probanden gesund sein und keine Medikamente einnehmen. Erkrankungen des

Herz-Kreislaufsystems, des Respirationstraktes oder des muskuloskeletalen

Systems galten als Ausschlusskriterium.

2.3 Rekrutierung der Probanden Die Probanden dieser Studie setzten sich, wie auf Abbildung 3 gezeigt, aus PAH-

Patienten und einer Kontrollgruppe zusammen. Nachfolgend wird kurz die

Rekrutierung dieser Studienteilnehmer beschrieben.

2.3.1 IPAH-Gruppe

Aus der Spezialambulanz der Sektion Pneumologie des Universitätsklinikums

Eppendorf wurden die in Frage kommenden Patienten aus der Liste der geplanten

Ambulanztermine herausgesucht und eine Teilnahme an der Studie

„Immunologische Antwort auf akute körperliche Belastung bei Patienten mit

idiopathischer pulmonal-arterieller Hypertonie (IPAH)“ wurde erfragt. Der Aufbau

der Studie wurde in diesem Zusammenhang erörtert. Nach Darstellung der Ziele,

der Risiken und Möglichkeiten der Studie und des auf den Teilnehmer

zukommenden Aufwands hatten die Patienten die Möglichkeit über eine eventuelle

Teilnahme an der Studie zur Untersuchung der Veränderungen des

Immunsystems bei einer akuten Belastung bei Patienten mit IPAH nachzudenken.

Die Patienten hatten die Möglichkeit jederzeit telefonisch Nachfragen zur Studie

zu stellen, aber auch im Gespräch mit ihrem zuständigen Arzt in der Ambulanz

konnten sie Unsicherheiten über die Studie beseitigen.

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Bei den Patienten, die an einer Studienteilnahme interessiert waren, konnte der

zuständige Ambulanzarzt im anschließenden Arztgespräch die Aufklärung

durchführen und ich konnte einen erneuten Termin für die für die Studie zusätzlich

notwendigen Untersuchungen planen.

2.3.2 Kontrollgruppe

Damit die Zellzahlveränderung der Immunzellen von den IPAH-Patienten mit

einem gesunden Kollektiv verglichen werden konnten, musste eine Kontrollgruppe

erstellt werden, die geschlechts- und möglichst altersangepasst ausgewählt

wurde. Die Personen aus dem persönlichen Umfeld wurden ersucht, an der Studie

teilzunehmen.

2.4 Klinische Untersuchung Die Untersuchungen, die für die Studie von Bedeutung waren, bestanden

einerseits aus den Routineuntersuchungen der Ambulanz. Das heißt die Werte der

Echokardiografie, eines Gehtests (6MWD= 6-minutes-walking-distance), der

Spirometrie, Blutentnahmen und die Ergebnisse des ersten und letzten

Rechtsherzkatheters wurden für die Studie dokumentiert. Als weitere

Untersuchung kam die Spiroergometrie hinzu, welche als Routineuntersuchung

nur einmal pro Jahr fällig ist. Beim Radfahren auf dem Spiroergometer werden die

Probanden körperlicher Höchstbelastung ausgesetzt. Bei dieser Untersuchung

wird schrittweise der Trittwiderstand gesteigert bei Beibehaltung der Trittfrequenz.

Dies war die zentrale Untersuchung für die Studie, da wir vor, im unmittelbaren

Anschluss an die Untersuchung und eine Stunde nach dieser venöses Blut

abgenommen haben, um in diesen Proben mögliche Immunzellveränderungen,

die durch die Ausbelastung hervorgerufen werden, zu analysieren. Die

Ausbelastung war durch das subjektive Empfinden des Probanden definiert.

Die Studienteilnehmer der Kontrollgruppe kamen für die klinische Untersuchung,

ebenso wie die Patienten, in die Ambulanz des UKE und erhielten die gleichen

diagnostischen Mittel: eine Ultraschalluntersuchung des Herzens, den sechs

Minuten dauernden Gehtest, die Spirometrie, eine Blutentnahme mit Bestimmung

des BNP-Wertes, eines kleinen Blutbildes und der klinischen Chemie mit CRP,

Leberwerten (GOT, GPT, Gamma- GT) und Werten zur Nierenfunktionskontrolle

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(Harnstoff, Kreatinin). Auch die Spiroergometrie wurde identisch zum

Patientenkollektiv mit Atemgasmessung durchgeführt, so wie die zusätzlichen

Blutentnahmen zu drei Zeitpunkten vor und nach der körperlichen Belastung zur

Untersuchung der Immunzellen.

Für diese Studie wurden nur jene Parameter der nachfolgend genannten

klinischen Untersuchung korreliert, die auch am Tag der Spiroergometrie erhoben

wurden. Dazu zählen die Echokardiografie, der 6MWD und die Spirometrie sowie

die abgenommenen Blutwerte.

2.4.1 Echokardiografie

Mittels transthorakaler Echokardiografie (TTE) wird in der IPAH- Ambulanz in

regelmäßigen Abständen die Funktion des rechten Herzens beurteilt. Dazu wird

der rechtsventrikuläre systolische Druck (RVSP= right ventricle systolic pressure)

bemessen, der vorlastabhängige Tei-Index (= myocardial performance index)

abgeschätzt und die Auslenkung der Trikuspidalklappe (TAPSE= tricuspid annular

plane systolic excursion), welche bei Herz- und Lungengesunden >2 cm beträgt,

bestimmt. Die Werte geben Auskunft über die Leistung des Herzens und die durch

den Lungenhochdruck hervorgerufen Veränderungen und entstandenen Schäden.

Auch wird ein Perikarderguss ausgeschlossen.

Bei den Kontrollen war eine uneingeschränkte Herzfunktion für die

Studienteilnahme Voraussetzung und so wurde mit Hilfe eines Herzultraschalls

diese vollständig erhaltene Funktion des Herzens beurteilt. Ebenso haben wir

nach Zeichen für einen Perikarderguss gesucht.

2.4.2 6-Minuten-Gehtest (6MWD)

Der 6MWD ist eine Routineuntersuchung für Patienten mit idiopathisch pulmonal-

arterieller Hypertonie, mit dem als Verlaufskontrolle die Belastbarkeit und

körperliche Leistungsfähigkeit der Erkrankten gemessen werden kann. Der

Belastungstest wird in der Spezialambulanz des UKE für IPAH alle drei Monate

durchgeführt, um mit diesem den Therapieerfolg und die Krankheitsprogredienz

einschätzen zu können.

Bei der Untersuchung ist die Aufgabe der Patienten, so weit wie möglich in sechs

Minuten zu gehen. Dazu gibt es einen abgemessenen Bereich, in dem sie zügig

gehend die sechs Minuten absolvieren. Der Untersucher notiert die Runden und

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stoppt die Zeit. Der zu Untersuchende darf keinesfalls rennen oder joggen,

sondern muss die Strecke im Laufschritt nehmen. Im Falle von Schwindel,

Schwäche oder Atemlosigkeit können die Patienten stehend pausieren. Nach

Möglichkeit sollen sie jedoch, sobald sie dazu fähig sind, zügig weiter gehen, da

sie innerhalb der sechs Minuten eine möglichst weite Strecke zurücklegen sollten.

Eine Unterhaltung ist nicht gestattet, da dadurch die Untersuchungsergebnisse

verfälscht werden könnten. Nur regelmäßige Zeitansagen und standardisierte

Motivationssprüche werden von dem Untersucher ausgesprochen.

Während der gesamten Untersuchung werden mittels Pulsoxymeter der Puls und

die Sauerstoffsättigung überwacht. Selbstverständlich wird der Blutdruck vor und

nach der Untersuchung kontrolliert.

Zur Abschätzung des Gehtests wird der aktuelle mit dem jeweils vorherigen

verglichen. Es gibt jedoch zusätzlich zwei Formeln für Mann und Frau, mit denen

man mit Berücksichtigung des Alters, Gewichts und der Größe einen spezifischen

Streckensollwert für die sechs Minuten errechnet.

2.4.3 Spirometrie

Die Spirometrie ist eine Untersuchung zur Messung der Lungenfunktion. Dazu

sitzt die zu untersuchende Person im Glaskasten mit Mundstück und

Nasenklemme. Durch maximale Exspiration, mit darauf folgender maximalen

Inspiration und anschließender maximalen, forcierten Exspiration kann Aussage

über die Vitalkapazität der Lunge (VC= vital capacity) und der

Einsekundenkapazität (FEV1= forced expiratory volume in 1 second) betätigt

werden. Neben weiteren Parametern der Lungenfunktion, wie z.B. dem

Atemzugvolumen, wurde bei den Patienten der Kohlenmonoxid-Transferfaktor

(TLCO= transfer factor of the lung for carbon monoxide) gemessen, welcher

Auskunft über die Diffusionskapazität der Lunge gibt, was den Gasaustausch

zwischen Blut und Luft darstellt.

2.4.4 Spiroergometrie

Die zeitlich etwas aufwendigere Untersuchung auf dem Fahrrad mit

Atemgasmessung und EKG-Ableitung musste vorerst mit Ankleben der EKG-

Elektroden und Anpassung der Atemmaske vorbereitet werden. Auch ein

Blutdruckmessgerät und ein Pulsoxymeter wurden zur kontinuierlichen

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Überwachung der Herz-/Kreislauffunktion angeschlossen. Nach einer zwei

minütigen Ruhephase des auf dem Fahrrad sitzenden Probanden, in der dessen

Vitalfunktionen und Exspirationsluft gemessen wurden, konnte die

Belastungsphase beginnen.

Mit zehn Watt Leistung wurde die Phase eingeleitet und der Proband musste eine

Minute lang mit einer Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen/ Minute Fahrrad

fahren. Das Fahrradergometer wurde von der Untersucherin auf ein Programm

eingestellt, bei dem nach jeder Minute der Widerstand um zehn Watt stieg, so die

Stufen der Belastbarkeit ausgereizt wurden und der Patient nach einigen Minuten

das Ende der Untersuchung forderte. Ebenso hätten EKG-Veränderungen, sowie

ein stark ansteigender Blutdruck (systolisch >240 mmHg) einen Abbruch der

Belastung forciert.

Wichtig war, dass der Patient an die zehn Minuten Durchhaltevermögen zeigte,

damit die Werte der Spiroergometrie auswertbar waren. Zur Normalisierung der

Vitalparameter wurde nach Erreichen der körperlichen Höchstbelastung der

Bremswiderstand entfernt. Die entspannende Auslaufphase, welche circa zwei

Minuten dauerte, ließen Frequenz und Blutdruck auf Ausgangswerte fallen.

Ziel der Studie war, die Veränderungen der Immunzellen als Antwort auf die

körperliche Ausbelastung von den IPAH-erkrankten Patienten mit den

Veränderungen einer gesunden Kontrollgruppe zu vergleichen. So wurden zu drei

Zeitpunkten - vor, direkt nach, eine Stunde nach Belastung - mit Hilfe eines

venösen Zugangs Blutentnahmen in EDTA-Röhrchen vorgenommen.

2.5 Experimenteller Teil Der experimentelle Teil wird gegliedert in drei Abschnitte. Zunächst wird die

Vorbereitung und Bearbeitung der entnommenen Blutproben beschrieben sowie

anschließend die Durchführung der durchflusszytometrischen Analyse der

Zellpopulationen. Außerdem wird die Untersuchung der Proben mittels ELISA

beschrieben.

2.5.1 Vorbereitung der Blutproben

Nach den dreizeitigen Blutentnahmen wurde von den Blutproben in der

onkologischen Ambulanz des UKE ein kleines Blutbild angefertigt mit Hilfe eines

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Differentialblutbildanalysators (Coulter Ac-T diff 2, Beckmann Coulter, Krefeld,

Germany).

Im Anschluss begann die Arbeit im Labor, in welchem das Vollblut für die

durchflusszytometrische Analyse vorbereitet wurde. Dafür wurden die einzelnen

Proben mit FACS-Oberflächenmarkern gefärbt (FACS= fluorescence-activated cell

sorter). Sieben verschiedene Antikörper-Mischungen waren für die Untersuchung

vorgesehen (siehe Tabelle 1), sodass pro Proband 3x 7 Röhrchen mit Blut- und

Antikörpergemischen zustande kamen.

Diese 21 FACS-Röhrchen wurden für die Färbung beschriftet, in jedes wurden 100

µl EDTA-Vollblut, je sieben Röhrchen für vor der Belastung, sieben für direkt nach

der Untersuchung und sieben für eine Stunde nach Belastung, pipettiert und

durchmischt. Nach einer dreißig minütigen Inkubationszeit in Dunkelheit bei

Raumtemperatur, wurde 1 ml Lyse-Puffer (RBC Lyse/ Fixationslösung, BioLegend,

CA, USA; 1: 10 verdünnt mit destilliertem Aqua) den Proben hinzugegeben und

wieder mittels Reagenzglasschüttler (Vortexer) vermischt. Weitere 12 Minuten

Inkubation bei oben genannten Bedingungen standen an. Nachfolgend wurde in

jedes Röhrchen 2 ml FACS-Puffer (phosphatgepufferte Salzlösung, 0,1% bovines

Serumalbumin and 0,02% NaN3)hinzugegeben, diese geschüttelt und bei einer

Temperatur von 4°C und einer relativen Zentrifugalbeschleunigung von 350G

(RCF) fünf Minuten lang zentrifugiert. Der Überstand, welcher entstand, konnte

vorsichtig verworfen werden und die festen Bestandteile am Boden des

Röhrchens wurden wiederum mit 2 ml FACS-Puffer gründlich vermischt und

zentrifugiert. Auch beim zweiten Mal wurde der Überstand verworfen und übrig

blieben die am Boden der Röhrchen festgesetzten, fast vollständig entfärbten

Zellpellets, welche im letzten Schritt der Vorbereitung der FACS-Analyse mit 350

µl FACS-Puffer vermischt wurden.

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Tabelle 1: Zusammensetzung der verwendeten Antikörper

!

!

Panel& Marker& Konjugat& Konzentration&/&100µl& Multicolor&Tube&20&Proben&

CD3! AF700! 0.05µl! 1!µl!CD14! FITC! 1µl! 20!µl!CD16! PE! 1µl! 20!µl!CD19! PB! 0.05µl! 1!µl!CD45! APC! 0,5µl! 10!µl!CD56! BV605! 1µl! 20!µl!

1.!Blood!Cells!Subset!

! ! ! 128!µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PE! 0,5µl! 10µl!CD8! APC! 1µl! 20µl!TCRgd! BV421! 2,5µl! 50µl!

2.!TBCells!Subset!

! ! ! 100!µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PE! 0,5µl! 10µl!APC!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!BV421!Mouse!IgG1! 2,5µl! 50µl!

3.!Isotypes!–TBCells!Subset!

! ! ! 100!µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PerCP! 2,5µl! 50µl!CXCR3! APC! 1µl! 20µl!CCR4! PE! 1µl! 20µl!CCR6! BV650! 1µl! 20µl!

4.!ThBCell!Subset!

! ! ! 70µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PerCP! 2,5µl! 50µl!APC!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!PE!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!BV650!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!

5.!Isotypes!–!ThBCell!Subset!

! ! ! 70µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PE! 1µl! 20µl!CD127! APC! 1µl! 20µl!CD25! BV421! 1µl! 20µl!

6.!TBReg!Subset!!

! ! ! 120µl!FACSBPuffer!CD3! FITC! 1µl! 20µl!CD4! PE! 1µl! 20µl!APC!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!BV421!Mouse!IgG1! 1µl! 20µl!

7.!Isotypes!–!TBReg!Subset!

! ! ! 120µl!FACSBPuffer!!

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2.5.2 Durchflusszytometrie

Bei der anschließenden durchflusszytometrischen Untersuchung mittels

fluorescence-activated cell sorter LSR Fortessa (FACS; LSR Fortessa, BD

Bioscience, NJ, USA) wurden in den Röhrchen 5.000- 20.000 der insgesamt

auftretenden Zellen gezählt und mit Hilfe des FACS Diva Programmes Version 6.2

analysiert. Die Quantifizierung der Zellzahlen erfolgte relativ zur übergeordneten

Zellpopulation (Tabelle 2). Die Expression verschiedener

Oberflächenchemokinrezeptoren ermöglichte die Unterteilung der vier

verschiedenen T-Helfer-Lymphozyten. Dazu zählten die Th1-Zellen

(CXCR3+/CCR4-/CCR6-), Th2-Zellen (CXCR3-/CCR4+/CCR6-), Th17-Zellen

(CXCR3-/CCR4+/CCR6+) und Th1/Th17 (CXCR3+/CCR4-/CCR6+) (Acosta-

Rodriguez, Rivino et al. 2007, Clark, Page et al. 2011). T-Helfer-Zellen mit hoher

CD25-Expression und geringer Expression von CD127 wurden als regulatorische

T-Lymphozyten (Treg) identifiziert.

Im Antikörpergemisch 1 wurden 20.000 Zellvorkommnisse (Events) gezählt und in

verschiedene Zellpopulationen aufgeteilt. Darunter befanden sich Leukozyten (B-

Zellen, T-Zellen, NK-Zellen), Monozyten und Granulozyten. Im Röhrchen mit

„Antikörper 2“ wurden die verschiedenen CD3+ T-Lymphozyten gezählt und

differenziert in die T-Zell-Teilmengen: T-Helferzellen (CD4+CD8-), zytotoxische T-

Zellen (CD4-CD8+) und TCRgd-Zellen. Das Röhrchen mit dem dritten Gemisch

beinhaltete Isotypen, um die Bindungsfähigkeit und -spezifität der Antikörper zu

überprüfen. Im vierten Röhrchen wurden die T-Helferzellen in ihre verschiedenen

Untergruppen aufgeteilt (Abbildung 4). Bei der Probe sechs zählte der

Durchflusszytometer die CD3+CD4+ T-Helferzellen und zeigte, wie viele

regulatorische T-Zellen (CD4+CD25+) anteilsmäßig im Blut vorkamen und wie

viele davon CD25high und CD127low als Oberflächenmerkmale trugen (Tabelle

2).

Die Proben 5 und 7 dienten wie das Gemisch 3 als Kontrolle der Antikörperqualität

der vorherigen Antikörpergemische, denn in ihnen waren statt der Antikörper

Isotypen titriert.

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Tabelle 2: Vom Zytometer gemessene periphere Blutzellen

Phänotypen Röhrchen Lymphozytensubpopulation

Übergeordnete Zellen Abgeleitete Zellen

Natürliche Killer-T-Zellen CD3+

Natürliche Killerzellen

CD45+/ CD56+

CD3-

B-Lymphozyten CD19+

1

T-Lymphozyten

CD45+/CD16low/CD14-

CD3+

T-Helfer Lymphozyten CD4+/CD8-

Zytotoxische T-Lymphozyten CD4-/CD8+

2

TCRγδ Lymphocyten

CD3+

CD4-/CD8-/TCRγδ+

TH1-Lymphozyten CXCR3+/CCR4-/CCR6-

TH1/TH17-Lymphozyten CXCR3+/CCR4-/CCR6+

TH17-Lymphozyten CXCR3-/CCR4+/CCR6+

4

TH2-Lymphozyten

CD3+/CD4+

CXCR3-/CCR4+/CCR6-

6 Regulatorische T-Lymphozyten CD3+/CD4+ CD25high/CD127low

Abbildung 4: Beispiel für FACS-Aufteilung der Zellpopulationen

(Th-Zellen (CD3+/CD4+) durch CXCR3 und CCR4 in vier Subtypen unterteilt)

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2.5.3 ELISA

Die Serumröhrchen wurden bei -80°C aufbewahrt und nur für die Analysen mit

ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) aufgetaut. Der ELISA ist ein

antikörperbasiertes Nachweisverfahren, bei dem eine enzymatische Farbreaktion

die zu detektierende Substanz anzeigt. In dieser Studie wurden die

Konzentrationen von IL-6 and IL-17A im Serum mittels IL-6-ELISA (Pierce

Biotechnology, IL, USA) und IL-17-ELISA (Biosource IL-17 Cytoscreen,

LifeTechnologies, CA, USA) nach Anweisung des Produzenten gemessen. Proben

und Standards wurden als Doppelbestimmung angesetzt. Die Sensitivität der

Proben erreichte 1pg/l für IL-6 und 2pg/l für IL-17A. Eine Verdünnung der Proben

im Verhältnis von 1: 4 mit Pufferlösung wurde durchgeführt und auf Mikroplatten

pipettiert. Mit Hilfe eines Photometers (Bio-Plex 200, Bio-Rad Laboratories,

Germany) wurden die Daten zur optischen Dichte nach Farbumschlag gesammelt

(450 nm).

2.6 Statistische Auswertung Für die statistische Auswertung der Studienergebnisse wurde das Programm

SPSS Statistics Version 21.0 genutzt (IBM, NY, USA). Für die Studie sollten die

Immunzellveränderungen durch die körperliche Belastung bei einer Stichprobe

IPAH-erkrankter Patienten mit einer Stichprobe gesunder Menschen der

Bevölkerung verglichen werden.

Als statistische Verfahren wurden Methoden zur Beschreibung eines Merkmals

angewendet. Mittels explorativer Datenanalyse beider Gruppen wurden

Lagemaße, die Verteilung berechnet und Ausreißer innerhalb der beiden Gruppen

bestimmt. Für die Lagemaßbestimmung wurden das arithmetische Mittel der

beiden Stichproben, die Mediane und die Verteilung berechnet. Auch

Streuungsmaße, wie Varianz und Standardabweichung waren relevant für die

Studie. Dadurch konnte die Homogenität der Gruppe festgestellt und die

Abweichung der Einzelwerte vom Mittelwert berechnet werden. Mit Hilfe der

Standardabweichung ließ sich die Verteilung der Werte abschätzen. Somit wurden

von allen gemessenen Werten die Mittelwerte berechnet und diese mit den

unterschiedlichen Belastungsphasen und innerhalb der beiden Gruppen

verglichen.

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Dazu wurde als statistisches Verfahren als erstes der K-S-Test angewendet, um

die Verteilungen der Werte innerhalb der Patienten- und der Kontrollgruppe zu

berechnen. Die Betrachtung der Mittelwerte dieser unabhängigen Stichproben

erfolgte mit Hilfe des T-Tests bei normalverteilten Daten, beziehungsweise mittels

MWU-Test bei nicht-normalverteilten (nicht parametrischen) Daten, je für die drei

Zeitpunkte, vor der Belastung (pre), unmittelbar danach (post1) und eine Stunde

nach dieser (post2).

Weiterhin wurde das statistische Verfahren der Korrelationsanalyse nach Pearson

(bei parametrischer Verteilung) angewendet, um Zusammenhänge innerhalb der

Ergebnisse der verschiedenen klinischen Untersuchungen (Base-line Parameter),

wie die gelaufene Distanz des 6-Minuten-Gehtests (6MWD), NTproBNP, dem

rechtsventrikulären systolischen Druck, TAPSE, Spiroergometrie mit maximaler

Wattzahl und Watt an der anaeroben Schwelle, Peak_VO2, Peak_VO2kg,

VO2_AT, Ve_Max, Ve_AT, VCO2_Max, VCO2_AT, VEVCO2_AT, Sauerstoffpuls

zu messen.

Diese Base-line Parameter, welche alle am Tag der Spiroergometrie erhoben

wurden, wurden untereinander verglichen sowie die Korrelation dieser Werte mit

den verschiedenen Zellen im Blut zu den drei beschriebenen

Belastungszeitpunkten wurde mittels Pearson betrachtet. Bei nicht-parametrischer

Verteilung wurde das Verfahren nach Spearman angewendet.

Um den Einfluss von körperlicher Belastung zu untersuchen, wurde ein ANOVA

mit Messwiederholungen (rANOVA) durchgeführt.

Das Signifikanzniveau war erreicht, wenn der Wert p< 0,05 betrug. Bei einem Wert

p< 0,1 konnte eine Tendenz ohne Signifikanz vermutet werden.

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3 Ergebnisse Hier werden die Ergebnisse der Studie dargestellt. Zunächst werden die

Ergebnisse der Routineuntersuchung sowie Alter und BMI, nachfolgend base-line

Parameter genannt, beschrieben. Die Korrelation dieser untereinander wird

betrachtet. Ebenso werden die Ergebnisse der Zellzahlmessungen dargelegt.

Es wurden 12 Patienten mit IPAH und zehn gesunde Kontrollpersonen in die

Studie aufgenommen und den vollständigen Studienuntersuchungen unterzogen.

Beide Probandengruppen setzten sich zusammen aus vier Männern und sechs

Frauen (mit zusätzlich zwei weiteren weiblichen Teilnehmerinnen in der

Patientengruppe). Der Altersdurchschnitt der zwölf Patienten betrug 58,7 Jahre,

sodass die Probanden der Kontrollgruppe geschlechtsspezifisch und

altersentsprechend ausgewählt wurden. Es gab ein durchschnittliches Alter von 58

Jahren. Die Patientengruppe und die Kontrollen waren somit identisch („1:1

gemacht“).

3.1 Base-line Parameter Als Base-line Parameter wurden einige Werte der klinischen Untersuchungen

betrachtet. Davon wurden die Mittelwerte der beiden Gruppen berechnet und

diese miteinander verglichen. Das Alter der zwei Kohorten war nahezu

übereinstimmend (IPAH: 59± 14; CTR: 58± 15, p= 0,089). Auch die Mittelwerte

des Body-Mass-Index lagen mit 23± 4 bei der IPAH-Gruppe und 24± 3 CTR sehr

nah beieinander (siehe Tabelle 3).

Beim Vergleich der Mittelwerte der klinischen Untersuchungen bestanden

signifikante Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen (6MWD: IPAH 505±

84, CTR 638± 110, p= 0,004; NTproBNP: IPAH 750± 637, CTR 68± 27, p= 0,003;

Wmax: IPAH 76± 37, CTR 130± 46, p= 0,006).

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Tabelle 3: Base-line Parameter, IPAH vs. Kontrollen (CTR) und Signifikanz

Parameter IPAH (n= 12) Kontrollen (n= 10) p-Wert

Alter 59± 14 58± 15 0,89

Geschlecht weiblich/ männlich 8/4 6/4 0,75

BMI [kg/m2] 23± 4 24± 3 0,55

6MWD [m] 505± 84 638± 110 0,004

NT-proBNP [ng/l] 750± 637 68± 27 0,003

Spiroergometrie

Watt_maximal [W] 76± 37 130± 46 0,006

Peak VO2/kg [ml/min/kg] 16± 4 23± 5 0,001

Peak VO2 [l/min] 1,1± 0,4 1,7± 0,6 0,004

VE/VCO2_AT [l/min/l/min] 48± 7,6 32± 2,2 < 0,001

VO2_AT [l/min] 0,8± 0,2 1,2± 0,2 0,008

HR_Ruhe/ max [/min] 76± 12/ 130± 27 77± 11/ 138± 18 0,79/ 0,43

RR systolisch_Ruhe/ max

[mmHg]

98± 21/ 148± 28 118± 22/ 179± 22 0,04/ 0,01

RR diastolisch_Ruhe/ max

[mmHg]

69± 11/ 80± 10 75± 10/ 81± 13 0,19/ 0,96

Lungenfunktion

FEV1 % relativ [%] 81± 13 94± 8 0,01

FVC % relativ [%] 90± 13 95± 8 0,29

FEV1/FVC [%] 90± 9 102± 7 0,003

3.1.1 Korrelation innerhalb der Base-line Parameter

Zwischen den einzelnen Base-line Parameter konnten viele Zusammenhänge

beobachtet werden. Das Ergebnis der 6MWD korrelierte mit vielen weiteren

Ergebnissen der Routineuntersuchung. Zum Beispiel korrelierte die vom

Probanden erreichte Gehstrecke signifikant mit dessen NTproBNP-Spiegel im Blut

(p= 0,016). Auch war eine Korrelation der 6MWD mit den Ergebnissen der

Spiroergometrie festzustellen. Sowohl die maximal erreichte Wattzahl (p< 0,001)

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des Zu-Untersuchenden, als auch die Wattzahl an der anaeroben Schwelle (p<

0,001) korrelierte signifikant mit der Gehstrecke. Hier ist zu ergänzen, dass die

maximale erreichte Wattzahl die Auslastungsschwelle repräsentiert, da die

Untersuchung, wegen muskulärer Überanstrengung oder Atemnot, die sich beim

Untersuchten als Erschöpfungszustand präsentierten, beendet wurde. Einmalig

wurde die Ergometrie wegen zu hoher Herzfrequenz (HF >190) vorzeitig

abgebrochen. Neben der Korrelation zwischen Wattzahl und Gehstrecke traten

signifikante Zusammenhänge zwischen der Peak VO2 (p= 0,001) und der Peak

VO2/kg (p< 0,001) auf, sowie der VCO2_max (p= 0,001), VCO2_AT (p< 0,001),

VE/VCO2_AT (p< 0,001) und mit dem Sauerstoffpuls auf (p= 0,007).

Ebenso wie die Gehstrecke waren die Werte des NTproBNP mit vielen

Parametern zusammenhängend. Die einzelnen Parameter der Spiroergometrie,

wie Peak VO2 und die Wattzahl, gingen auch mit vielen

Untersuchungsergebnissen einher.

Die maximal erreichte Wattzahl, sowie die Wattzahl an der anaeroben Schwelle

korrelierten mit dem VE_max. Auch der 6-Minuten-Gehtest wies einen

Zusammenhang zum VE_max auf.

Die Werte der Spiroergometrie korrelierten mit dem Peak VO2, aber auch die

Höhe des BNP konnte mit den Spiroergometrie-Ergebnissen in Zusammenhang

gebracht werden.

3.2 Ergebnisse der Zellzahlmessung Beim Auswerten der Ergebnisse der Zellpopulationen wurden zuerst die

Gruppenunterschiede (IPAH und CTR) vor der Belastung betrachtet. Als zweites

wurde auf eine möglicherweise bestehende Korrelation der Werte von vor der

Belastung mit den oben aufgeführten Erkrankungsparametern geachtet. Der

nächste wichtige Aspekt war die Berechnung der belastungsabhängigen

Veränderungen der Zellkonzentrationen (Delta pre_post1/ delta pre_post2). Diese

verhielten sich teilweise ähnlich in den Gruppen der IPAH-Patienten und der CTR.

Als letztes wurden die Zellkonzentrationsveränderungen mit Ergebnissen der

Routineuntersuchung (Base-line Parameter wie dem 6MWD oder der

Spiroergometrie) in Zusammenhang gestellt, die teilweise hoch signifikant

korrelierten.

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Die Ergebnisse der Zellzahlmessung werden nach folgendem Schema erklärt:

Zunächst werden (1) die Unterschiede zwischen IPAH und Kontrollen vor

Belastung beschrieben, dann folgt (2) die Korrelation mit den Base-line

Parametern (Spiro, 6MWD und NTproBNP) vor Belastung. Im dritten Absatz

werden (3) die Unterschiede der Zellzahlen vor und nach Belastung erläutert. Als

letztes wird (4) die Korrelation der unterschiedlichen Zellzahlen vor und nach

Belastung mit den Parametern angegeben.

3.2.1 Leukozyten und Lymphozyten

(1) Die gemessene Anzahl an Leuko- und Lymphozyten vor der körperlichen

Aktivität unterschied sich nicht signifikant (p= 0,59) zwischen der Patientengruppe

(5,725± 1,279) und den Kontrollen (5,41± 1,415). Die Ergebnisse lagen nach dem

K-S-Test in einer Normalverteilung vor.

(2) Die klinischen Untersuchungsergebnisse korrelierten nicht mit den Leukozyten-

und Lymphozytenkonzentrationen.

(3) Es verhielten sich zum Beispiel die Leukozytenzahlen der IPAH-Patienten

unter körperliche Aktivität ähnlich wie die der Kontrollen (CTR). Durch die

Belastung stiegen die Leukozytenzahlen beider Gruppen an (IPAH: Delta

pre_post1 +1,582± 1,023 Mrd. Leukozyten/l; CTR: Delta pre_post1 +1,930± 0,550

Mrd. Leukozyten/l, siehe Abbildung 5). Eine Stunde nach der Belastung sank die

Konzentration der weißen Blutkörperchen auf Werte von 6,65 und 6,44 Mrd.

Leukozyten/l, aber die Konzentrationen blieben über den Ausgangswerten.

Ähnlich wie die Leukozyten verhielten sich die Lymphozyten. Auch bei dieser

Zellpopulation stiegen die Werte nach Belastung an (Abb. 6), um nach der

Ruhephase von einer Stunde wieder annähernd den Ausgangswert zu erreichen.

Im Gegensatz zu den nicht signifikanten Ergebnissen der Leukozyten bestand hier

ein signifikanter Unterschied zwischen IPAH und Kontrollen. Bei den Kontrollen

waren anfänglich mehr Lymphozyten im Blut nachweisbar. Diese Konzentrationen

stiegen durch die Belastung deutlicher an als jene Konzentration bei der IPAH-

Gruppe (bei den Kontrollen gab es einen Anstieg von 0,8 Mrd. Zellen/l± 0,302 und

bei IPAH-Patienten einen Anstieg von 0,545 Mrd. Zellen/l± 0,520).

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Die Differenz von den Werten vor der Belastung zu denen eine Stunde nach

dieser (Delta pre_post2) wies keine signifikanten Unterschiede zwischen Patienten

und Probanden auf.

Abbildung 5: Veränderungen der Leukozytenpopulation bei erkrankten und

gesunden Probanden im Vergleich, vor und nach Belastung

Abb. 6: Lymphozytenpopulationen, Unterschiede zwischen erkrankten und

gesunden Studienteilnehmern, sowie vor und nach der Belastung

Leucocytes

0

2

4

6

8

10

Before

1h af

ter

Direct

after

******

**

n.s.

IPAHHealthysubjects

Cel

l [10

9 /l]

Lymphocytes

0

1

2

3

Before

1h af

ter

Direct

after

****

n.s.n.s.

n.s.

n.s.

IPAHHealthysubjects

Cel

l [10

9 /l]

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40

(4) Die Delta pre_post1 Lymphozytenveränderung korrelierte mit dem 6MWD (p=

0,01). Weiterhin war eine Korrelation mit der Spiroergometrie festzustellen.

Die Lymphozytenveränderung im Zeitraum von vor zu nach der Belastung

korrelierten mit der maximalen Wattzahl (p= 0,002) und mit der Belastung an der

anaeroben Schwelle (p= 0,007), mit der maximalen Sauerstoffaufnahme (p=

0,005), der maximalen Sauerstoffaufnahme pro kg (p= 0,006), mit der

Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (p= 0,002), der maximalen

Carbondioxideliminierung (p= 0,003) und mit dem respiratorischen CO2-

Äquivalent an der anaeroben Schwelle (p= 0,001).

Bei der Delta pre_post1 Leukozytenveränderung war wie bei den Lymphozyten

eine Korrelation mit den Ergebnissen der Spiroergometrie festzustellen. Die

Leukozytenveränderung im Zeitraum von vor zu nach der Belastung korrelierten

mit der maximalen Wattzahl (p= 0,043), sowie der Wattzahl an der anaeroben

Schwelle (p= 0,007), mit der Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (p=

0,025), der maximalen Carbondioxideliminierung (p= 0,044) und der

Carbondioxidausatmung an der anaeroben Schwelle (p= 0,022).

3.2.2 B-, T-, TCRgd-, NK-, NKT-Zellen, Monozyten

(1) Bei den B-, T-, NK-Zellen und Monozyten konnten keine signifikanten

Unterschiede nachgewiesen werden. Bei den TCRgd-Zellen gab es keine

signifikanten Unterschiede zwischen IPAH- und Kontroll-Gruppe.

Nur bei den NKT-Zellen fiel beim T-Test eine Tendenz zu Gruppenunterschieden

auf (p= 0,093; IPAH 1,918± 1,814; CTR 3,110± 1,166).

(2) Vor Belastung konnte eine Korrelation der B-Zellen mit dem mPAP (p= 0,019)

festgestellt werden. Weiterhin wurde eine Zusammenhang der NKT-Zellen mit Messergebnissen der

körperlichen Aktivität, wie dem 6MWD (p= 0,139) und der Spiroergometrie

(Watt_max (p= 0,025), Watt_AT (p= 0,069), Peak VO2 (p= 0,049), Peak VO2/kg

(p= 0,011), VO2_AT (p= 0,053), VE_max (p= 0,046), VCO2_max (p= 0,025),

VCO2_AT (p= 0,020)) gemessen. Ebenso wie die Belastungsparameter

korrelierten der NTproBNP (p= 0,173) und TAPSE (p= 0,105) mit den NKT-Zellen.

Die T-Zellen, Monozyten und TCRgd zeigten keine signifikanten

Zusammenhänge.

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41

(3) Weiterhin wurde die B-Zellzahlveränderung durch Belastung gemessen und

verglichen. Dort gab es einen signifikanten Unterschied zwischen Patienten und

Kontrollen (p= 0,025). Bei der Kontrollgruppe trat eine deutlichere Veränderung

der Zellzahl auf. Durch körperliche Belastung sank die Zahl der im Blut

gemessenen B-Lymphozyten (Delta Lymphozyten -0,54± 0,564). Bei der IPAH-

Gruppe blieb die B-Lymphozytenzellzahl konstant (Delta Lymphozyten 0± 0,454)

(Abb. 7).

Abb. 7: Veränderungen der B-Lymphozyten durch körperliche Aktivität, Vergleich

zwischen IPAH-Patienten und Kontrollen (healthy subjects)

Bei den T-Lymphozyten, TCRgd-, NK-, NKT-Zellen und den Monozyten konnte

kein signifikanter Unterschied der Zellzahlen im Vergleich von vor der sportlichen

Aktivität zu direkt danach festgestellt werden.

Bei Betrachtung der Unterschiede zwischen den Probandengruppen, genauer den

Zellveränderungen im Zeitintervall vor der Belastung bis eine Stunde danach

(Delta pre_post2), konnte nur bei den CD3+CD4+-Zellen ein signifikanter

Unterschied festgestellt werden (p= 0,034; IPAH -0,673± 2,951; CTR 2,62±

3,659).

B lymphocytes

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2**

IPAHHea

lthy

subjec

ts

Chan

ges

afte

r exe

rcise

of B

lym

hocy

tes

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42

(4) Bei den B-Zellen gab es keine signifikante Korrelation mit den anderen

Erkrankungsparametern.

Die Veränderung der T-Lymphozytenzahl wies mit den Routineuntersuchungen,

wie dem 6-Minuten-Gehtest und der maximalen Sauerstoffaufnahme pro kg bei

der Spiroergometrie, eine negative Korrelation auf (-4,83 (p= 0,027)). Je länger die

geleistete Strecke beim Gehtest der IPAH-Patienten desto höher war die

postbelastungsauftretende Abnahme der T-Lymphozytenzahl. Ein gewisser

Zusammenhang dieser Werte war erkennbar, aber dieses Ergebnis erreichte nicht

das Signifikanzniveau (p= 0,0589).

Signifikant hingegen erschien die Korrelation zwischen der bei der

Spiroergometrie gemessenen maximalen Sauerstoffaufnahme (Peak VO2/kg

(ml/min/kg)) und der T-Lymphozytenkonzentration (p= 0,042). Hier zeigten

Patienten mit größeren negativen deltaT-Werten eine höhere Sauerstoffaufnahme

unter Belastung (Abb. 8).

Abbildung 8: Korrelation T-Lymphozyten-Veränderungen mit dem Gehtest und

maximaler Sauerstoffaufnahme/kg

Die in der Patientengruppe gemessene TCRgd-Konzentrationsdifferenz korrelierte

signifikant mit dem 6MWD (p= 0,029), der maximalen Wattzahl (p= 0,007), der

Wattzahl an der anaeroben Schwelle (p= 0,006), der Sauerstoffaufnahme/kg und

T lymphocytes

-4 -2 0 2300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

6MWDPeakVO2/kg

Changes of T lymphocytes

6MW

D [m

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

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43

dem Atemäquivalent für CO2 zum Zeitpunkt der anaeroben Schwelle (AT=

anaerobic threshold). Die maximale Sauerstoffaufnahme/kg korrelierte positiv mit

der Veränderung der TCRgd-Zell-Konzentration (p= 0,047), das heißt, bei

Patienten, die eine hohe maximale Sauerstoffaufnahme unter Belastung

erreichten, war auch eine stärkere Zunahme von TCRgd-Zellen feststellbar. Je

höher die VE/CO2, desto kleiner war die Zunahme, bzw. teilweise sogar Abnahme

der TCRgd-Zellen durch Belastung (p= 0,003) (Abb. 9). VE_max (p= 0,036),

VE_AT (p= 0,021), VCO2_max und VCO2_AT (p= 0,003) korrelierten ebenso mit

der Konzentrationsveränderung der TCRgd-Zellen (siehe Abb. 9).

Abb. 9: Korrelation von TCRgd-Zellen mit Peak VO2/kg und VE/VCO2 an AT

Bei den NKT-Zellen korrelierte die Zahlveränderung von vor zu nach der

Belastung sowohl mit der VO2/kg (p= 0,0013), als auch mit dem Gehtest (p=

0,027). Ein hoher O2-Wert, sowie eine lange Gehstrecke gingen einher mit einer

stärkeren Zunahme der NK-Zellen im Blut.

Die Monozytenzahlveränderung zeigte keinen Zusammenhang mit den klinischen

Parametern zur Beurteilung des Krankheitsprogresses.

TCRgd+ T lymphocytes

-2 0 2 430

40

50

60

0

10

20

30

40VE/VCO2ATPeakVO2/kg

Changes of TCRgd+ T lymphocytes

VE/V

CO

2AT

[l/m

in/l/

min

] Peak VO2 /kg [m

l/min/kg]

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44

Abb. 10: Korrelation von NKT-Zellen mit Peak VO2/kg und 6MWD

Zytotoxische T-Zellen

Die aktivitätsbedingte Veränderung der CD4-/CD8+-Zellen korrelierte signifikant

mit den Werten der maximalen Sauerstoffaufnahme (p= 0,0196). Eine erhöhte

Sauerstoffaufnahme ging einher mit einer Zunahme der zytotoxischen Zellen. Der

Gehtest zeigte ähnliche Zusammenhänge (weite Gehstrecke - Zunahme der

Zellen), aber es gab keine signifikante Korrelation mit der T-Zellzahlveränderung.

Abb. 11: Korrelation von zytotoxischen T-Zellen mit Peak VO2/kg und 6MWD

NKT lymphocytes

-2 0 2 4 6 8300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

40

50

6MWDPeakVO2/kg

Changes of NKT lymphocytes

6MW

D [m

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

CD4-/CD8+ T lymphocytes

-2 0 2 4 6 8300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

6MWDPeakVO2/kg

Changes of CD4-/CD8+ T lymphocytes

6MW

D [m

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

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45

3.2.3 T-Helfer-Zellen (Th1, Th2, Th17, Th1/17) und Treg-Zellen (CD25/CD127)

(1) Die Th2-Zellen der beiden Gruppen wiesen signifikante Unterschiede in der

Blutkonzentration auf (p= 0,035). Unabhängigkeit von der Blutentnahmezeit gab

es prozentual von der Gesamt-T-Helferzahl deutlich mehr Th2-Lymphozyten in der

IPAH-Gruppe (1,482% aller T-Helferzellen± 0,751) als bei den Kontrollen

(0,850%± 0,477).

Genau entgegengesetzt verhielt sich der Anteil der Th1/Th17-Zellen an den

gesamten CD3+/CD4+-Zellen. Es gab eine hochsignifikante Differenz zwischen

den Mittelwerten der IPAH und den Kontrollen (p= 0,007). Hier befand sich ein

größerer Anteil im Mittel bei den gesunden Probanden (3,500%± 1,597) als bei der

erkrankten Gruppe (1,764%± 0,975).

Die T-Helferzellen Th1 und Th17 wiesen keine signifikanten Unterschiede vor der

Belastung zwischen Patientenkollektiv und Vergleichsprobanden auf.

Bei den regulatorischen T-Zellen (CD4+CD25highCD127low) ergab sich vor der

Belastung ein signifikanter Unterschied zwischen IPAH und CTR (p= 0,041; IPAH:

1,118% der T-Helferzellen ± 0,154; CTR: 0,92%± 0,253).

(2) Bei den IPAH-Patienten konnte ein Zusammenhang zwischen Th1 und dem

6MWD (p= 0,049) festgestellt werden. Weiterhin korrelierte die Th2-Zellzahl mit

dem Peak VO2/kg (p= 0,041).

Die Anzahl an Th1/Th17 vor der Belastung korrelierte mit den Werten der

Spiroergometrie, z.B. der Wattzahl an der anaeroben Schwelle (p= 0,011), dem

Peak VO2/kg (p= 0,047), VO2_AT (p= 0,036), VCO2_AT (p= 0,014),

VE/VCO2_AT (p= 0,036).

(3) Ein aussagestarkes Ergebnis zeigte sich bei der Untersuchung der Th17-

Lymphozyten. Direkt nach der Belastung fiel der Th17-Anteil der IPAH signifikant

ab, wohingegen bei der Kontrollgruppe ein Anstieg der Zellanteile vermutet

werden konnte (siehe Abb. 12). Prozentual verhielt sich die Th17-Konzentration

gegensätzlich und auch beim Vergleich der absoluten Konzentration war ein

signifikanter Unterschied der belastungsabhängigen Veränderung feststellbar (p=

0,026; IPAH: -0,191± 0,284; CTR: 0,8± 0,220, siehe Abb. 13).

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46

Abb. 12: Th17-Veränderungen durch Belastung

Abb. 13: Th17-Lymphozytenveränderung IPAH – CTR

Durch die Belastung ließ sich ein leichter, nicht signifikanter Anstieg des

Th1/Th17-Anteils vermuten (CTR> IPAH). Sowohl der Th1- als auch der Th2-

Anteil der Helferzellen veränderten sich fast gar nicht durch die körperliche

Aktivität.

TH17 lymphocytes

1.0

1.5

2.0

2.5

Before

1h af

ter

Direct

after

**

n.s.n.s.

n.s.

n.s. IPAHHealthysubjects

Perc

enta

ge o

fC

D3+

/CD

4+ c

ells

TH17 lymphocytes

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2 **

IPAH

Health

y

subjec

ts

Chan

ges

afte

r exe

rcis

eof

CD3

+/CD

4+ c

ells

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47

Die Konzentrationsveränderung der Treg-Zellen durch die Belastung erreichte

nicht das Signifikanzniveau.

Auch bei Betrachtung der Zellzahlveränderungen bis eine Stunde nach dem Sport

(Delta pre_post2), gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen Patienten

und Kontrollen. Das einzige Ergebnis, welches tendenzielle Unterschiede

erscheinen ließ, war die Veränderung von Th1 in den beiden Gruppen (p= 0,064;

IPAH: -0,2± 0,492; CTR: 0,11± 0,074).

(4) Brachte man das Verhalten der Th17-Zellen in Zusammenhang mit der

maximalen Sauerstoffaufnahme/kg der Patienten, entdeckte man eine lineare

Korrelation. Eine höhere Sauerstoffaufnahme bei der Spiroergometrie kam

zusammen mit einem Abfall der Th17-Lymphozyten nach Belastung (p= 0,0048).

Im Vergleich mit dem 6MWD konnte auch hier ein Zusammenhang zwischen

Gehstrecke und Th17-Konzentration vermutet werden. Je weiter die Strecke der

Patienten im Gehtest, desto negativer verhielt sich die Th17-Veränderung. Die

Werte korrelierten nicht signifikant miteinander (p= 0,204, siehe Abb. 14).

Hingegen korrelierte die Veränderung der Treg-Zahl mit der maximalen

Sauerstoffaufnahme/kg signifikant (siehe Abb. 15).

Abb. 14: Korrelation Th17-Lymphozyten mit 6MWD und Peak VO2/kg

TH17 lymphocytes

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

40

6MWDPeakVO2/kg

Changes of TH17 lymphocytes

6MW

D [m

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

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48

Abb. 15: Korrelation Treg mit 6MWD und Peak VO2/kg

3.2.4 IL17, IL6

(1) Die Konzentration von IL-17 konnte nur bei einem Patienten nachgewiesen

werden. Die restlichen Werte schienen unter der Nachweisgrenze von 2 ng/l zu

liegen. Sodass diese Daten nicht in diese Arbeit aufgenommen werden konnten.

Bei der Untersuchung der IL-6-Konzentrationen konnten vor der körperlichen

Betätigung signifikante Unterschiede in den beiden Gruppen festgestellt werden

(p= 0,01; IPAH: 5,752± 4,606; CTR: 0,809± 1,512).

(2) Die Messungen der IL-6-Konzentration korrelierte bei Patienten mit IPAH mit

dem mPAP (p= 0,021), sowie dem RAP (p= 0,035), Watt_max (p= 0,025),

Watt_AT (p= 0,006), VO2_AT (p= 0,024), VE_AT (p= 0,025), VCO2_AT (p=

0,004). Bei der Kontrollgruppe gab es keine Zusammenhänge zwischen den

Ergebnissen der klinischen Untersuchung und der IL-6-Konzentration.

(3) Die bei dem einen Patienten gemessene IL-17-Konzentration nahm eine

Stunde nach der Belastung ab, kann leider nicht als aussagekräftig gewertet

werden.

Weiterhin verursachte das Training bei den IPAH-Patienten eine Reduktion des IL-

6-Wertes (Delta pre_post2: -2,787± 5,056, p= 0,022; siehe Abb. 16).

Regulatory T lymphocytes

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

40

50

6MWDPeakVO2/kg

Changes of regulatory T lymphocytes

6MW

D [m

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

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49

Abb. 16: Veränderungen der IL-6-Konzentration bei IPAH sowie CTR vor und nach

Belastung

(4) Nach der Belastung zeigte sich bei den Patienten eine Reduktion von IL-6,

welche signifikant mit der maximalen Sauerstoffaufnahme pro kg korrelierte (p=

0,022). Bei den CTR stellte sich dies nicht dar. Zudem gab es den Trend, dass

eine höhere Sauerstoffaufnahme mit einer sportinduzierten Abnahme der IL-6

einherging. Weiterhin konnte hier ein Zusammenhang zwischen einer IL-6-

Reduktion sowie einem reduziertem Carbondioxidäquivalent vermutet werden

(Abb. 17).

Abb. 17: Korrelation von IL-6-Veränderung mit der maximalen

Sauerstoffaufnahme/kg und dem Äquivalent der Carbondioxideliminierung

0

2

4

6

8

Before

1h af

ter

Direct

after

n.s.

IPAHHealthysubjects

n.s.

*n.s. *

IL-6

[ng/

l]

-10 -5 0 50

20

40

60

80

0

10

20

30

40

EqCO2 at ATPeakVO2/kg

Changes of IL-6 [ng/l]

EqC

O2

[l/m

in/l/

min

]Peak VO

2 /kg [ml/m

in/kg]

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50

4 Diskussion Nachfolgend werden die wichtigsten Ergebnisse diskutiert und mit bekannten

Effekten des körperlichen Trainings in Bezug gebracht. Weiterhin werden die

Auswirkungen des körperlichen Trainings anhand von Tiermodellen mit

medikamentös-induzierter PAH dargelegt und eine Verbindung zum menschlichen

Organismus hergestellt. Es wird der Einfluss des Immunsystems, vor allem des

Interleukin 6 und Th17-Zellen, auf die Pathogenese der PAH erläutert sowie der

Effekt des körperlichen Trainings auf diese immunmodulatorischen Botenstoffe

und Zellen diskutiert. Abschließend wird die Bedeutung der körperlichen Aktivität

für den Krankheitsverlauf und Therapie analysiert.

4.1 Effekte des körperlichen Trainings auf PAH Die Studie dieser Arbeit untersuchte die Auswirkung körperlichen Trainings auf

immunologische Zellen und Zytokine der Probanden. Die erreichten

Aktivitätsparameter konnten mit den Zellveränderungen, die durch Belastung

auftraten, in Verbindung gebracht werden. Eine Reduktion der immunologischen

Zellen konnte beobachtet werden und eine Korrelation dieser mit der

Leistungsfähigkeit der Patienten wurde festgestellt. Genauer gesagt wurde ein

Zusammenhang zwischen Belastbarkeit, Krankheitsstadium und dem

inflammatorischen Zustand in dieser Studie beobachtet.

Es konnte schon in einigen Studien bestätigt werden, dass körperliche Aktivität

den Krankheitsprogress der PAH verlangsamt. Chan, Chin et al. erhoben eine

Studie, in der eine Patientenkohorte kontinuierlich zehn Wochen Laufbandtraining

erhielt und die andere Gruppe keiner körperlichen Betätigung ausgesetzt war. Die

zur Gruppe der belasteten Probanden erhielten Wochen lang ein Laufbandtraining

auf einem Niveau 70- 80% der maximalen Herzfrequenz. Die beiden Kohorten

wurden in Hinsicht auf die körperliche Leistung und der eigens eingeschätzten

Lebensqualität nach einem Zeitraum von zehn Wochen verglichen. Hierzu

betrachteten die Kollegen die Ergebnisse vom 6MWD, die Dauer bis zum Eintritt

eines Erschöpfungszustands und die maximal erreichte Wattzahl. Chan, Chin et

al. konnten in ihrer Arbeit veranschaulichen, dass es bei der körperlich aktiven

Kohorte eine erhöhte funktionelle Kapazität gab. Diese wurde repräsentiert durch

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51

verbesserte Resultate im 6-Minuten-Gehtest (56± 45 m), einer gesteigerten

Übungsintoleranzgrenze (1,9± 1,3 min) und einer Erhöhung der maximal

erreichten Wattzahl (26± 23 W). Zudem wurde eine Verbesserung der

Lebensqualität von den Teilnehmenden als Folge des Sports angegeben. Diese

wurde gemessen mit Hilfe des Short Form Health Survey, Version 2 (SF-36v2)

und dem Cambridge Pulmonary Hypertension Outcome Review (CAMPHOR)

(Chan, Chin et al. 2013). Wie in genannter Studie beobachtet, konnte auch in der

Studie, auf welche diese Dissertation basiert, eine Assoziation von Training zur

körperlichen Kapazitätsgrenze festgestellt werden. Hier zeigten sich

Zusammenhänge zwischen 6MWD und Ergebnissen der Spiroergometrie. Je

sportlicher, gemessen an der Ausdauer und an Parametern der Spiroergometrie,

sich die Patienten auf dem Fahrradergometer verhielten, desto besser waren die

Ergebnisse des 6MWD. Es stellte sich hier eine Korrelation zwischen den Werten

des 6MWD und der Leistung auf dem Fahrradergometer der Erkrankten dar.

Zudem wurde die erfasste Leistung der Patienten mit den Veränderungen der

Immunzellen in Verbindung gebracht.

In einer anderen Studie von de Man et al. wurde wie in der Arbeit von Chan und

Chin Verbesserungen der Funktionalität bei Patienten mit sportlicher Betätigung

beobachtet. Hier wurde in einer Prä-Post-Studie bei IPAH-Patienten ein 12-

wöchiges Training mit Fahrradfahren und Quadrizepstraining durchgeführt. Nach

diesem Zeitraum von drei Monaten zeigten sich bei den Teilnehmern verbesserte

Ergebnisse im 6-Minuten-Gehtest. Diese waren jedoch nicht signifikant.

Veränderungen durch das körperliche Training wurde auch an der zu schaffenden

Last unterhalb der anaeroben Schwelle gemessen. Hier zeigten sich signifikante

Zahlen (Watt_AT: 32 auf 46 Watt) (de Man, Handoko et al. 2009).

Grünig et al. veröffentlichten 2011 eine Studie zum Effekt von körperlichem und

respiratorischem Training auf den Progress der PH-Erkrankung und den Einfluss

auf das Überleben von Patienten mit schwerer PH. Es wurde vor allem die

längerfristige Wirkung des Trainings auf die Erkrankung beobachtet. Für diese

Studie schlossen die Autoren 58 Patienten ein, bei denen die Zeit bis zur

klinischen Verschlechterung und das Überleben der Patienten evaluiert wurden.

Eingeschlossen wurden nur solche Patienten, welche sich mit zielgerichteter

Medikation in stabiler Therapie befanden. Diese erhielten zunächst drei Wochen

im stationären Bereich oben genanntes Training, anschließend erfolgte dies

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ambulant. Über zwei Jahre (24 Monate± 12 Monate) wurden die Probanden

beobachtet. Nach 15 Wochen erschienen signifikante Verbesserungen im

Vergleich zu den Ergebnissen vor dem Training hinsichtlich des 6MWD (von 440±

90 m auf 527± 74 m), der funktionellen WHO Klasse (von 2,9± 0,5 auf 2,6± 0,6),

dem maximalen Sauerstoffverbrauch (von 12,5± 3,0 auf 14,6± 3,9 ml/min/kg), der

Herzfrequenz in Ruhe (von 75± 12 auf 61± 18 Schläge/min) und der maximal

erreichten Leistung (von 65± 21 auf 80± 25 W). Das Überleben nach einem und

nach zwei Jahren war 100% und 95% (Grunig, Ehlken et al. 2011).

Hingegen der beschriebenen Studien, welche vor allem den längerfristigen Erfolg

des sportlichen Trainings auf die PAH beobachteten, betrachtete diese Arbeit nur

eine durch die körperliche Betätigung hervorgerufene kurzzeitige Veränderung des

Immunsystems. Die Studie, auf der diese Dissertationsschrift basiert, zeigte eine

positive Korrelation in der einzeitigen Kontrolle der Routineuntersuchungen, wie

der Spiroergometrie und dem 6MWD. Weiterhin wurde eine signifikante

Korrelation vom 6MWD mit den NTproBNP-Werten beobachtet. Das heißt je

belastbarer die Patienten im klinischen Test waren, desto geringer war der Wert,

der eine mögliche Herzinsuffizienz anzeigt. Die besseren Ergebnisse der

körperlichen Belastbarkeit zeigten Zusammenhänge zum Entzündungszustand der

Patienten, welcher durch Sport gesenkt wurde. Zusammenfassend kann vermutet

werden, dass es durch Sport zur Immunmodulation kommt, welche mit der

Belastungskapazität der Probanden zusammenhängt. Je ausgeprägter die

Immunantwort auf körperliche Belastung ausfiel, desto besser waren die

erreichten Aktivitätsparameter der Patienten. Es kann somit vermutet werden,

dass dieses Phänomen der anti-entzündlichen Wirkung des Trainings auch die

längerfristige Prognoseverbesserung der PAH indiziert.

4.2 Effekte des Trainings bei Tiermodellen mit experimenteller PH Um die Wichtigkeit der körperlichen Aktivität auf den PAH-Verlauf zu verdeutlichen

sollen hier exemplarisch einige Studien mit Tiermodellen genannt werden, in

denen signifikante Effekte der Aktivität auf den Verlauf der PH gezeigt wurden.

Natali et al. demonstrierten in einer Publikation von 2015, den positiven Effekt der

körperlichen Aktivität auf die Überlebenszeit von PAH-betroffenen Ratten und der

Zeit bis zum Eintreten eines Rechtsherzversagens (Natali, Fowler et al. 2015). In

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53

der Studie wurde dies an Ratten untersucht, bei welchen durch Monocrotalin die

Entstehung von einer PAH induziert wurde. Monocrotalin (MCT) ist ein Alkaloid

der Pflanze Crotalaria spectabilis, welches nach einmaliger subkutaner Injektion in

Ratten eine pulmonale Hypertonie mit vaskulärem Remodeling hervorruft (Hislop

and Reid 1974). Die somit PAH-betroffenen Tiere wurden in zwei

Versuchsgruppen eingeteilt. Eine Gruppe hatte Zugang zu einem Laufrad, die

andere besaß keine Möglichkeit der zusätzlichen körperlichen Aktivität. Die

Nutzung des Laufrades war für die Tiere freiwillig. Die Ergebnisse der Studie

zeigten, dass die Ratten mit Laufrad ein längeres Überleben von im Mittel 5 Tagen

hatten. Die aktiven Ratten, welche im Mittel 2 km/Tag im Laufrad liefen, hatten ein

längeres Intervall bis zur Entwicklung von Herzversagen und ein Überleben von 28

Tagen. Die passiven Tiere starben nach 23 Tagen an Herzversagen. Mit dieser

Untersuchung wurde schon bei Tieren gezeigt, dass eine körperliche Aktivität

einen Überlebensvorteil gegenüber den Tieren mit einem passiven Lebensstil

beinhaltete. Es gab jedoch keine Korrelation zwischen der täglichen Laufstrecke

oder der gesamten Laufstrecke und der Überlebenszeit.

Eine andere Arbeitsgruppe beschäftigte sich auch mit Ratten, welche durch eine

Monocrotalingabe und Hypoxie eine PAH entwickelten. Hargett und Mitarbeiter

unterteilten die PAH-erkrankten Ratten in eine aktive und eine passive Gruppe.

Zudem wurden eine aktive und eine passive Kontrollkohorte gebildet. Die aktive

Gruppe musste am Laufbandtraining teilnehmen. Untersucht wurden die Tiere mit

Hilfe des 6MWD und echokardiografischen Kontrolluntersuchungen. Im

Herzultraschall der Ratten wurde das Verhältnis vom rechten Ventrikel zum linken

Ventrikel und Septum gemessen. Im Laufe der Studie wurde zu mehreren

Zeitpunkten eine Echokardiografie durchgeführt. Hierbei wurde zunächst kein

Unterschied zwischen ruhenden und aktiven PAH-Ratten festgestellt. Die PAH der

Ratten verhielt sich in beiden Gruppen progredient. Trotz dieser sich

verschlechternden PAH hatten die Ratten der Laufgruppe keine Abnahme ihrer

Leistung zu verzeichnen. Die Distanz der Trainingsstrecke sowie die zu

absolvierende Zeit der körperlichen Aktivität zeigte keine Verschlechterung im

Vergleich zu den Kontrollratten. Die PAH-erkrankten Ratten, die in der Gruppe des

Trainings waren, hatten die gleiche Laufbandtrainingskapazität wie die Kontrollen

(Hargett, Hartman et al. 2015). Es konnte somit ein sehr positiver Effekt des

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körperlichen Trainings auf das klinische Erscheinungsbild der Ratten mit durch

Monocrotalin-induzierter PAH festgestellt werden.

Eine weitere Arbeit untersuchte ebenso den Einfluss von Training auf die PAH. Es

handelt sich um eine Studie von Moreira-Goncalves et al. Ebenso wie die

Vorherigen wurde diese mit Ratten durchgeführt. Wiederum erhielten die Tiere

eine MCT-Gabe, welches eine PAH induzierte. Untersucht wurde der Einfluss auf

die Rechtsherzfunktion, auf den Gefäßumbau und auf das Überleben in

experimenteller PAH. In dieser Arbeit differenzierten die Wissenschaftler den Einfluss von frühem Training auf oben genannte Faktoren, in Unterscheidung zur

Wirkung von im späteren Stadium der PAH begonnenem Training. Eine dritte

Gruppe erhielt kein Training, sondern war der gewöhnlichen Aktivität im Tierkäfig

ausgesetzt. Beide Kohorten mit Übungsintervention resultierten in einer

verbesserten kardialen Funktion obgleich die Persistenz des Hypertonus im

rechten Herzen erhalten blieb. Zudem präsentierte sich dort eine erhöhte

Trainingstoleranz mit besserem Überleben, vor allem in PAH-Ratten mit frühzeitig

begonnenem Training. Begleitet wurde dies von Verbesserungen in Markern für

kardialen Umbau, neurohumerale Aktivierung (reduziertes Endothelin-1, BNP und

VEGF mRNA), Metabolismus und mitochondrialem oxidativen Stress. Die früh

sportlichen Ratten erhielten zusätzlich Verbesserungen in Fibrose, TNFa und

BNP.

Die Studie zeigt einerseits welche Wichtigkeit aerobes Training in experimentell

zugefügter PAH besitzt, andererseits welchen kardioprotektiven Effekt dieses hat.

(Moreira-Goncalves, Ferreira et al. 2015).

Zur Verdeutlichung des Effekts von Sport auf Tiermodelle mit experimenteller PAH

wird hier nun eine Studie beschrieben, die mit einer großen Anzahl von Metriken

etwas detaillierter ist und eventuell auf den menschlichen Organismus übertragen

werden kann. Die von Colombo et al. durchgeführte Studie untersuchte die

Einflüsse von Sport auf die rechtsventrikuläre Funktion. Es wurden vier Kohorten

von Ratten gebildet, zwei von diesen bekamen eine intraperitoneale

Monokrotalininjektion (MCT). Diese wurden unterteilt in eine Übungsgruppen und

eine bewegungsarme. Zu beiden dieser Gruppen wurde eine Kontrollgruppe

erstellt: diese hatten keine Monokrotalin-induzierte PAH. Die Ratten erhielten

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zunächst zwei Wochen Übungen, danach wurden eine Echokardiografie und ein

Geschwindigkeitstest durchgeführt. Daraufhin bekamen die Ratten das MCT

gespritzt, welchem ein drei wöchiges Training mit regelmäßigen Leibesübungen

auf einem Laufband für Nagetiere beinhaltete. Nach dieser Episode wurden der

Geschwindigkeitstest und die Echokardiografie wiederholt und mit den

Ausgangswerten, sowie mit den Werten der Kontrollratten verglichen (Colombo,

Siqueira et al. 2015). In dieser aktuellen Studie wurden neben den

echokardiografischen Parametern wie dem pulmonal-arteriellen Druck nach

Rechtsherzhypertrophiezeichen gesucht. Der PAP zeigte nur Unterschiede

zwischen MCT und CTR. Das Training rief keine Unterschiede hervor. Bei den

Hypertrophiezeichen zeigten sich keine Differenzen zwischen CTR und MCT.

Signifikante Veränderungen, die in dieser Studie auffielen, waren eine durch Sport

induzierte Abnahme der Konzentration von Wasserstoffperoxid, welche mit einer

Reduktion apoptotischer Proteine im rechten Ventrikel einhergeht.

Somit gab es schon einige Studien, die den positiven Effekt des körperlichen

Trainings vor allem bei Tieren mit experimenteller PAH belegen. Ein großer

Fortschritt für die PAH-Forschung wäre es herauszufinden, ob es eine spezifische

Ursache für den positiven Trainingseffekt auf die Morbidität und Mortalität der

PAH-Kranken gibt. Zudem stellt sich die Frage, ob bei Menschen dieser Effekt

ähnlich ausgeprägt vorkommt wie bei oben genannten Tiermodellen.

In diesem Fall kommt die Bedeutung des Immunsystems zur Geltung. Eine

inflammatorische Komponente der PAH ist bekannt (Rabinovitch, Guignabert et al.

2014) und eine Immunmodulation durch körperliche Aktivität bei anderen

chronischen Erkrankungen (Bilski, Mazur-Bialy et al. 2016) wurde mehrfach

beschrieben. Es gibt jedoch noch keine Datenlage zum immunmodulatorischen

Effekt des Trainings auf die PAH-Erkrankung. Dies wurde somit erstmalig in dieser

Studie untersucht wurde.

4.3 Einfluss von Sport auf das Immunsystem und PAH Wie schon zuvor beschrieben gibt es einige Arbeiten, die einen positiven Effekt

der körperlichen Aktivität auf den Krankheitsverlauf von diversen chronischen

Erkrankungen sowie der PAH dokumentieren. Vor allem wurden diese an

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Beispielen von Studien mit Tiermodellen durchgeführt. Bisher gibt es keine

Studien, die den genauen Einfluss von Sport auf das Immunsystem bei Menschen

mit PAH untersucht haben und beschreiben. Bei anderen chronischen

Erkrankungen sind jedoch Einflüsse vom körperlichen Training auf das

Immunsystem bekannt. Nun konnte in dieser Arbeit endlich der Einfluss von

Training auf das Immunsystem bei PAH-Patienten gezeigt werden. Dies wurde in

dem Studiendesign einer Querschnittsstudie punktuell veranschaulicht.

Um die positive Wirkung auf Krankheitsverläufe hervorzuheben, werden einige

Studien vorgestellt, die vor allem mit Hilfe von Tiermodellen, die

immunmodulatorischen Effekte der körperlichen Aktivität untersucht haben.

Beispielhaft wird hier ein sehr aktuelles Paper vorstellen, welches im Mai 2016

veröffentlicht wurde (Bilski, Mazur-Bialy et al. 2016). In dieser Studie wurden

Menschen mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED), sowie

Tiermodelle mit experimenteller Colitis untersucht. Es wurde beobachtet, dass ein

moderates Training positive Effekte auf die CED haben kann, sowie die Heilung

der experimentell hervorgerufenen Colitis beschleunigt. Diese protektiven Effekte

werden hervorgerufen durch die Aktivität von Myokinen, wie Irisin, welche aus

dem arbeitenden Muskel freigesetzt werden. CED Patienten mit einem höheren

Level von Training hatten ein deutlich geringeres Risiko eine Aktivierung der

Erkrankung innerhalb von sechs Monaten zu entwickeln. Darüber hinaus hatte die

körperliche Aktivität einen positiven Effekt auf die Stimmung, das

Gewichtverhalten und Osteoporose. Andererseits bestand die Gefahr, je nach

Ausdauer und Intensität der Übungen, eine milde Inflammation durch

Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine zu provozieren und somit

gastrointestinale Symptome auszulösen.

Schon im Jahre 2000 gab es eine Veröffentlichung zu einer prospektiven Studie

Diese umschloss 1500 Teilnehmer, die über einen Zeitraum von 18 Jahren (1978-

1996) regelmäßig untersucht wurden. Hier wurde zu Beginn der Studie eine

Blutentnahme mit Analyse der Akute-Phase-Proteine, wie dem CRP-Wert, der

Leukozytenzahl, dem Serum-Amyloid-A-Protein, aber auch dem Anti-Akute-

Phase-Protein wie z.B. dem Serumalbumin abgenommen. Bei den Teilnehmern im

Alter von 40- 59 Jahren wurde überprüft, ob es zur Entstehung einer koronaren

Herzkrankheit oder zum Herzinfarkt kam. Von den anfänglich in die Studie

aufgenommenen Männern erlitten 500 ein kardiovaskuläres Ereignis, 1000 blieben

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verschont. Darunter hatten Teilnehmer mit einem CRP-Wert im oberen Drittel ein

deutlich erhöhtes Risiko für koronare Herzkrankheit (Odds Ratio von 2,13).

Ebenso zeigte sich eine erhöhte Gefahr für eine KHK bei erhöhten

Leukozytenzahlen (Odds Ratio: 1,12), beim Serum-Amyloid-A-Protein (1,65) und

eine Risikoreduktion um 0,67 bei einer anfänglich höheren Konzentration des

Albumins (Danesh, Whincup et al. 2000). Hier wurde schon ein Zusammenhang

zwischen leichtgradiger chronischer Inflammation und der Entstehung von

kardiovaskulären Ereignissen festgestellt.

Weiterhin sei eine Studie erwähnt, die Zusammenhänge zwischen dem

metabolischen Syndrom und Inflammation untersucht. Bei Patienten mit

metabolischem Syndrom (Übergewicht, Typ 2 Diabetes, Hyperlipidämie, KHK,

Atherosklerose, essenzielle Hypertonie) wurden die Entzündungsmarker im Blut

untersucht. Hierbei zeigten sich bei Patienten mit metabolischen Syndrom häufig

erhöhte Entzündungswerte (CRP-Wert, IL-6, TNFa) (Das 2004).

Eine entzündliche Komponente scheint somit bei einigen chronischen

Erkrankungen von großer Bedeutung zu sein. Mehrmals wurde ein Stadium der

Inflammation mit chronischen Krankheiten in Zusammenhang gebracht. Das

Training, welches anti-inflammatorisch wirkt, scheint prognoseverbessernd und

könnte vor allem bei der PAH als Ansatzpunkt für eine wichtige unterstützende,

eventuell sogar kurative Therapie der PAH angesehen werden. Ein positiver Effekt

von Sport auf den Erkrankungsverlauf wurde bestätigt. Es erscheint nun äußerst

spannend den Entzündungszustand zu messen und diesen mit dem

Krankheitszustand in Verbindung zu bringen und zu analysieren.

4.4 Untersuchungen von immunmodulatorischen Botenstoffe beim Menschen

Die Entstehung der PAH durch Veränderungen im Immunsystem wurde in der

Literatur von einigen Veröffentlichungen dargelegt. Hier zeigten sich vor allem

Auffälligkeiten bei der Konzentration von Interleukinen und Th-Zellen. Die

Bedeutung von dem untersuchten IL-6 und den Th17-Zellen auf den

Krankheitsverlauf wird im Folgenden dargelegt und mit der sportlichen Aktivität in

Zusammenhang gebracht.

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4.4.1 IPAH und IL-6

In dieser Arbeit wurde die Konzentration der IL-6-Konzentration bei PAH-Patienten

als wichtig erachtet und diese untersucht. Diese Einschätzung der Wichtigkeit

wurde durch folgende Arbeiten verursacht. Zum Beispiel wurde das Interleukin-6

schon in einigen Veröffentlichungen als ein die PH-Entstehung beeinflussender

Parameter beschrieben. Die Übersichtsarbeit zur Entstehung der PH von

Rabinovitch et al. von 2012 veranschaulichte die Bedeutung des Interleukins. Hier

beschreiben die Autoren eine bei den PH-erkrankten Probanden beobachtete

abnormale Erhöhung des IL-6. IL-6 ist ein Interleukin, welches proinflammatorisch

wirkt und die Migration, Zellproliferation und die Differenzierung der Gefäßzellen

beeinflusst. Dieser Botenstoff fördert die Produktion von glatten Muskelzellen über

die Induktion der FGF2 (Courboulin, Tremblay et al. 2011). Somit ruft das

Interleukin ein Gefäßremodelling der Pulmonalarterien hervor und verstärkt die

hypertensive Antwort der Gefäße auf chronische Hypoxie (Miyata, Sakuma et al.

1995, Golembeski, West et al. 2005).

In einer Mausstudie konnte gezeigt werden, dass Mäuse mit IL-6-Überexpression

spontan eine PH entwickelten und dadurch ein Gefäßumbau provoziert wurde.

Zudem zeigten IL-6-Knockoutmäuse eine Resistenz gegen die durch chronische

Hypoxie induzierte PH-Entwicklung (Savale, Tu et al. 2009, Tu, De Man et al.

2012).

Weiterhin demonstrierten Soon et al. in ihrer Publikation einen Zusammenhang

der Zytokinkonzentrationen im Blut und dem Überleben der Patienten mit IPAH

oder HPAH (Soon, Holmes et al. 2010). Patienten mit einer höheren Konzentration

von IL-6 hatten eine schlechtere Überlebenszeit als Patienten mit geringeren

Interleukin-Werten.

Die IPAH-Gruppe, welche in dieser Arbeit untersucht wurde, zeigte in

Ruhesituation enorm hohe IL-6-Werte im Vergleich zur CTR (IPAH: 5,752± 4,606;

CTR: 0,809± 1,512; p= 0,01). Nach einer körperlichen Belastung konnten

signifikant erniedrigte Level von IL-6 bei IPAH-Patienten im Vergleich zur

Ruhesituation aufgezeigt werden. Die in der Einleitung genannte Arbeit von

Fischer beschrieb hingegen einen aktivitätsbedingten Anstieg von IL-6 und es

wurden zudem die möglichen Mechanismen der IL-6-Zunahme erläutert. Vor allem

bei längerer körperlicher Aktivität kam es durch Muskelaktivität und Abbau von

viszeralem Fett zum starken Anstieg von IL-6 (Fischer 2006). Dieser Anstieg

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schien jedoch von der Dauer der Belastung abzuhängen. Eine längere Belastung

verursachte einen expressionellen Prozess, der zu einem IL-6-Anstieg führte.

Dieser Vorgang trat bei kurzer Belastungsdauer nicht oder nur in geringerem

Ausmaße auf. Bei einem kleineren Zeitintervall von körperlicher Aktivität konnte

eine leichte IL-6-Erhöhung nach Belastung beobachtet werden. Dies konnte auch

in dieser Studie verzeichnet werden, jedoch nur in der gesunden Kontrollgruppe.

Bei der IPAH-Gruppe hingegen, welche in Ruhesituation vermehrte IL-6-Werte im

Vergleich zur CTR aufzeigte (IPAH: 5,752± 4,606; CTR: 0,809± 1,512; p= 0,01),

kam es zur signifikanten Abnahme von IL-6 (Delta pre_post2: -2,787± 5,056, p=

0,022). Die vermuteten Mechanismen der Interleukinzunahme scheinen bei den

IPAH-Patienten nicht zu wirken. Zudem könnte die stark erhöhte IL-6-

Konzentration, welche die Ausgangssituation darstellte, andere Auswirkungen

hervorrufen.

Weiterführend konnte in meiner Studie eine Korrelation von IL-6-Abnahme und der

maximalen Sauerstoffaufnahme bei der Kohorte der Patienten beobachtet werden.

Je größer die Abnahme der IL-6 war, desto belastbarer, dargestellt mit der

maximalen Sauerstoffaufnahmekapazität, waren die Patienten (siehe Abb.17).

Damit kann gefolgert werden, dass die durch Sport provozierte Abnahme der

Interleukine 6 möglicherweise einen positiven Effekt auf die Erkrankungsschwere

gemessen an der körperlichen Belastbarkeit hat.

In der durchgeführten Studie zeigten sich signifikante Differenzen der IL-6-

Konzentration zwischen IPAH und CTR. Ebenso korrelierte im Patientenkollektiv

die gemessenen IL-6-Werte mit Ergebnissen des Rechtsherzkatheters (mPAP,

RAP), sowie mit den Ergebnissen der Spiroergometrie (z.B. Watt_max, Watt_AT,

VO2_AT, VE_AT, VCO2_AT). Es kann die Hypothese ausgesprochen werden,

dass es möglich sein könnte, mit Hilfe des Interleukin-Wertes frühzeitig eine

Prognose der Erkrankungsschwere und des Krankheitsprogresses zu stellen. Dies

wäre sehr hilfreich, denn so könnte dieses wenig invasive Verfahren als Verlaufs-

und Prognoseparameter genutzt werden. Eine Möglichkeit wäre es, in einer

weiteren, längerfristigen Studie, die Korrelation des IL-6-Wertes mit dem

Krankheitsverlauf zu eruieren. Bei einem erfolgreichen, diese Datenlage

bestätigenden Ausgang weiterer Studien, könnte man mit Hilfe einer

Blutentnahme mit anschließender Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA)

den Krankheitsprozess einschätzen und möglicherweise die häufigen, teils

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vierteljährlich stattfinden Rechtsherzkatheteruntersuchungen reduzieren. Zudem

kann die Reduktion des IL-6-Spiegels unter körperlichem Training bzw. unter

einem kontrollierten Trainingsprogramm dessen Effektivität anzeigen. Als Folge

kann sich daraus die Möglichkeit der Personalisierung eines Trainingsprogrammes

ergeben. Patienten, deren IL-6-Spiegel weniger stark unter Trainingsbedingungen

abfallen, können möglicherweise von einer Intensivierung des

Trainingsprogrammes profitieren.

In diesem Studienaufbau wurde der kurzfristige immunmodulatorische Effekt der

sportlichen Aktivität dargestellt. Es kam zur Abnahme des entzündlichen IL-6. Eine

signifikante Korrelation zeigte sich hier mit der Belastungskapazität. Nachfolgend

wäre der Einfluss von längerfristigem, kontinuierlichen Training auf die

Entzündungsbotenstoffe und der körperlichen Belastbarkeit interessant.

4.4.2 IPAH und Th17

Die CD4+-T-Zellen spielen eine wichtige Rolle in der Entstehung von

autoimmunen Krankheitsbildern (Damsker, Hansen et al. 2010). Die Untergruppe

der Th17-Zellen können Entzündungsreaktionen verursachen, die

Autoimmunerkrankungen herbeiführen können, indem die Th17-Zellen

proinflammatorische Botenstoffe, wie IL-6 und TNFa produzieren. In einigen

Arbeiten konnte schon die Wichtigkeit der Th17-Zellen bei der Entstehung von

Autoimmunität gezeigt werden. So beschreiben Luger et al. in ihrer

Veröffentlichung von 2008 den Effekt der Th1- und Th17-Zellen. Die Autoren

untersuchten Patientin mit autoimmuner Uveitis (Luger, Silver et al. 2008).

Auch spezifisch bei der PAH konnte eine erhöhte Konzentration von Th17 im Blut

festgestellt werden. Hautefort et al. führten eine Studie durch, in der sie von PAH-

Patienten und einer Kontrollkohorte Blut mittels Fluoreszenzzytometrie auf

dendritische Zellen und Lymphozyten untersuchten (Hautefort, Girerd et al. 2015).

Hier wurden die Th17-Konzentrationen bei PAH und CTR verglichen, wobei eine

deutliche Th17-Polarisierung bei den Patienten beobachtet wurde. Die sportliche

Aktivität hatte eine sofortige signifikante Abnahme der Th17-Zellen zur Folge.

Diese Reduktion der Th17-Lymphozyten korrelierte mit der Belastbarkeit der

Patienten, je stärker die Abnahme, desto belastbarer erschienen die Patienten.

Wie bei Hautefort et al. konnte auch in der Studie, auf welcher diese

Dissertationsschrift basiert, eine deutliche Abnahme der Th17-Zellen verzeichnet

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werden. Zudem korrelierte die Stärke der Reduktion umgekehrt proportional mit

der maximalen Sauerstoffaufnahme. Somit kann mit der Veränderung der Th17-

Zellen die Krankheitsprogression eingeschätzt werden. Wie schon bei der IL-6-

Konzentration beschrieben, könnte dann auch über die Bestimmung der Th17-

Konzentration der Krankheitsverlauf bewertet werden. Womöglich würde die

Effektivität der Therapie über die Analyse der CD4+-Zellen-Konzentration

eingeschätzt und danach moduliert werden.

Die Bedeutung der sportlichen Aktivität auf den Immunstatus wurde bestätigt und

zudem zeigte eine Reduktion der inflammatorischen Botenstoffe und Zellen einen

positiven Effekt auf die Leistungsfähigkeit der Patienten. In den anfänglich

erwähnten Studien wurde schon die soeben genannte positive Wirkung auf den

Krankheitsverlauf beschrieben, aber die detaillierte Bedeutung des Sports

spezifisch auf das Immunsystem in Bezug zur PAH konnte erstmalig in dieser

Arbeit dargelegt werden.

4.5 Diese Studie Ein chronisches Stadium der Inflammation bei Patienten mit IPAH konnte, wie

schon in der Einleitung zitiert, wiederholt demonstriert werden. Dieses wurde

durch erhöhte Level von zirkulierenden Markern, wie IL-6 oder den T-

regulatorischen Lymphozyten, welche den Zustand einer chronischen Entzündung

darlegen, präsentiert (Soon, Holmes et al. 2010, Perros, Dorfmuller et al. 2012,

Cracowski, Chabot et al. 2014). Zu diesen bekannten Daten passend wurden auch

in dieser Studie eine erhöhte Konzentration von IL-6 und CD4+-Lymphozyten

nachgewiesen. Vor der Belastung zeigte sich im Blut der Patienten eine höhere

Konzentration von Th2-Lymphozyten, eine im Vergleich zur Kontrollgruppe

erhöhte Zahl an Treg-Zellen, sowie eine erhöhte IL-6-Konzentration. Gleichzeitig

zeigte sich vor der körperlichen Belastung bei dem Patientenkollektiv eine

niedrigere Th1/Th17-Lymphozytenzahl.

Wie diese Studie mit Ergebnissen veränderter T-Lymphozyten-Konzentrationen

bestätigt, ruft körperliches Training eine Veränderung des chronischen

Entzündungsstatus bei den Erkrankten hervor. Eine einzige Sporteinheit

provozierte bei den Probanden der Patientengruppe eine Reduktion der Th17-

Lymphozyten, dessen Verminderung zudem mit der Belastungskapazität der

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Teilnehmenden korrelierte. Die Belastbarkeit, gemessen durch den maximalen

Sauerstoffverbrauch, war umso höher, je stärker die Th17-Abnahme war.

Hautefort et al veröffentlichten 2015 hierzu einen Artikel, in welchem gezeigt

wurde, dass Patienten mit pulmonal-arterieller Hypertonie ein dysreguliertes

Immunsystem mit erhöhter Th17-Konzentration besitzen (Hautefort, Girerd et al.

2015). Th17 ist in verschiedene Autoimmunprozesse involviert. Somit kann

hergeleitet werden, dass Autoimmunität ein wichtiger Faktor für die Entwicklung

und für das Fortschreiten einer PAH ist. Bisher gab es jedoch keine Studien,

welche Th17-Veränderungen von PAH-Patienten mit klinischen Parametern wie

der Belastungskapazität in Verbindung bringen.

Körperliches Training, das körperlichen Stress verursacht, scheint eine

Umverteilung von T-Lymphozyten, sowohl in lymphatischen Organen, als auch in

nicht lymphatischen Organen, zu provozieren. Als Folge sportlicher Anstrengung

wurde eine Lymphozytenabnahme in der Milz beobachtet, sowie eine Zunahme

von Lymphozyten in der Lunge, im Knochenmark und in Peyer Plaques (Krüger

and Mooren 2007, Adams, Zaldivar et al. 2011, Walsh, Gleeson et al. 2011). Wie

schon in den zuvor genannten Arbeiten, wurde auch in dieser Arbeit ein durch

körperliche Aktivität hervorgerufener Anstieg der zirkulierenden Lymphozytenzahl

beobachtet. Nach der Belastung war eine signifikante Erhöhung von Leukozyten

und Lymphozyten festzustellen. Die Lymphozytenverteilung wird durch diverse

Fähigkeiten der Lymphozyten mit Endothelzellen unterschiedlicher Gewebe zu

interagieren kontrolliert und somit wird die Immunregulation variiert (Krüger and

Mooren 2007). Sportliche Aktivität könnte hierbei die krankheitsspezifischen

Adhäsionsmoleküle auf den Lymphozyten, sowie die Liganden auf den

Endothelzellen verändern, welches durch eine durch Sport verursachte

Veränderung der Zytokinlevel im Blut hervorgerufen werden (Kakanis, Peake et al.

2014), (Perry, Pick et al. 2013), (Zhao, Zhou et al. 2012). Die Umverteilung der

Lymphozyten als eine Reaktion auf die körperliche Aktivität könnte ebenso durch

eine lymphozyteneigene Aktivierung entstehen. Randständige Lymphozyten,

welche möglicherweise eine andere Funktionalität aufweisen als die schon vor der

Belastung zirkulierenden Zellen, gehen durch körperliche Aktivität ins zirkulierende

Blut über (Walsh, Gleeson et al. 2011).

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4.5.1 Mögliche Verbesserungen im Studiendesign

Bei Rekapitulation des Studienaufbaus ergibt sich ein Verbesserungspotential für

weitergehende und reproduzierbare Studien. Da nur zwölf Probanden aus dem

IPAH-Patientenkollektiv und zehn in der Kontrollgruppe untersucht wurden,

bestand ein kleines Probandenkollektiv. Dies könnte bewirken, dass die

Ergebnisse nicht signifikant sind und somit nicht zuverlässig auf die

Allgemeinbevölkerung übertragen werden können. Daher wäre es äußerst

spannend den Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und Immunantwort

in einer größeren Kohorte zu untersuchen. Weiterhin wäre ein interessanter

Aspekt die körperliche Aktivität und dessen Auswirkungen auf die Erkrankung über

einen längeren Zeitraum zu betrachten.

In dieser Studie wurden nur die kurzzeitigen Auswirkungen der körperlichen

Aktivität auf den Entzündungsstatus der Patienten und die Immunmodulation

beobachtet und analysiert. Weitergehend wäre nun die Erhebung der Wirkung von

andauernder, konsequenter, sportlicher Aktivität auf das Immunsystem der

folgerichtige nächste Schritt für die praxistaugliche Anwendbarkeit der

vorliegenden Erkenntnisse. Dies sollte in einer weiteren länger andauernden

Studie mit einer größeren Probandenzahl untersucht werden. Mit einer

weiterführenden Studie kann die Wichtigkeit und die Wirkweise des kontrollierten

Trainings verdeutlicht werden.

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5 Zusammenfassung Abschließend wird diese Dissertationsschrift in Kurzform zusammengefasst.

Zunächst erfolgt eine kurze Darstellung des Hintergrunds, welcher zur Entwicklung

des Studienaufbaus geführt hat. Der Versuchsablauf wird beschrieben, sowie die

wichtigsten Ergebnisse und die Diskussion mit Fazit für den klinischen Alltag

werden resümiert.

Hintergrund: Die idiopathische pulmonal-arterielle Hypertonie (IPAH) gilt als eine

sehr seltene Erkrankung, welche mit unspezifischen Symptomen beginnt. Ein

progressiver Krankheitsverlauf ist charakteristisch für diese Erkrankung. Durch

eine Lumenverengung der Pulmonalarterien, die durch Vasokonstriktion sowie

Hyperproliferation von Endothel, glatten Muskeln und Einwanderung von

inflammatorischen Zellen in der Gefäßwand verursacht wird, kommt es zum

chronisch erhöhten Druck im Lungenkreislauf. Im Verlauf dekompensiert das

rechte Herz mit der Folge eines Rechtsherzversagens und eines frühzeitigen

Ablebens der Betroffenen. Zunehmend wird dabei eine Rolle des Immunsystems

bei der Erkrankungsentstehung und –progression festgestellt, dessen Modulation

einen therapeutischen Ansatz darstellen kann.

Methoden: In diese Studie wurden zwölf IPAH-Patienten und zehn Kontrollen

(CTR) aufgenommen und vor und nach körperlicher Auslastung auf dem

Spiroergometer Blutproben entnommen, die mittels Durchflusszytometrie und

ELISA auf Veränderungen von zirkulierenden Leukozyten und Zytokinen

untersucht wurden. Ferner wurden weitere klinische Untersuchungen, die den

Krankheitsverlauf überwachen, durchgeführt und mit den Veränderungen in

Zusammenhang gebracht.

Ergebnisse: Es ließen sich signifikante Differenzen der Zellkonzentrationen

zwischen IPAH und CTR messen. Vor Belastung zeigten IPAH-Patienten eine

höhere Konzentration von Th2-, regulatorischen T-Zellen und IL-6 sowie einen

geringen Th1/Th17-Anteil. Durch körperliche Aktivität war eine transiente

Zunahme der Leuko- und Lymphozytenzahl zu verzeichnen. Diese verhielt sich in

beiden Studiengruppen vergleichbar. Weiterhin rief die körperliche Belastung eine

signifikante Th17-Abnahme hervor, welche mit der maximalen

Sauerstoffaufnahme korrelierte. Diese kann als Maß für die Belastungskapazität

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angesehen werden. Ebenso reduzierte sich die Konzentration von IL-6 mit einer

negativen Korrelation mit der maximalen Sauerstoffaufnahme.

Diskussion: In dieser deskriptiven Studie konnte erstmals ein Zusammenhang

zwischen dem Immunsystem und einer körperlichen Belastung bei Patienten mit

IPAH demonstriert werden. Die körperliche Belastung scheint die chronische

Entzündung, die bei Patienten mit IPAH festzustellen ist, nicht zu aggravieren.

Ferner kann eine Modulation der zirkulierenden Untergruppen der T-Lymphozyten

und Zytokine beobachtet werden, welche bei Patienten mit IPAH mit der

Trainingskapazität, gemessen an dem Sauerstoffspitzenverbrauch, korreliert.

Durch diese Studie kann somit ein besseres Verständnis über den Effekt des

körperlichen Trainings bei IPAH-Patienten und einer möglichen Überwachung des

Trainings gewonnen werden. Ferner kann durch diese Arbeit vermutet werden,

dass die vorbekannte beschriebene Verbesserung des PAH-Krankheitsverlaufs

mit Hilfe von Training möglicherweise zu einem Teil durch eine Immunmodulation

verursacht wird.

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Abstract

Introduction: Idiopathic pulmonary arterial hypertension (IPAH) is a rare disease

starting with unspecific symptoms following progressive aggravation. A loss of

lumen of pulmonary arteries due to vasoconstriction, endothelial hyperproliferation

and migration of inflammatory cells induces higher pressure in blood circulation

through lungs. Consequences are right heart failure leading to a premature death

of patients. Changes of immune system are reasons for the appearance and

development of IPAH. Therefore, modulations of the immune system could afford

an improvement in therapeutic options.

Methods: In this clinical trial twelve patients and ten controls (CTR) were involved.

The participants were stressed by physical activity on a bicycle. Before and two

times after physical activity blood samples were taken. Changes of circulating

leucocytes and cytokines were investigated using flow cytometry and ELISA.

Additional clinical tests were carried out to supervise the progression of disease.

Correlations between clinical tests and changes of leucocytes and cytokines were

explored.

Results: Concentrations of cells in IPAH were significantly different to those of

CTR. IPAH patients had a higher concentration of Th2-, regulatory T-cells and

interleukin 6. Furthermore there was a smaller amount of Th1/Th17-cells. Physical

activity induced a transient increase of leucocytes and lymphocytes. This increase

was similar between patients and controls. After physical activity there was a

significant reduction of Th17-cells. This reduction correlated with the capacity

represented by the maximum oxygen consumption. Furthermore a reduction of IL-

6 was noticed which also correlated with the maximum oxygen consumption.

Discussion: This trial could demonstrate a relation between immune system and

physical activity among patients with IPAH. Patients have a higher level of

inflammatory cells. Activity seems not to worsen the inflammatory state.

Modulations of circulating subtypes of T-lymphocytes and cytokines were noticed.

This change correlates with the loading capacity. Therefore, the clinical trial at

hand enables a better comprehensibility of meaning and effects of physical activity

among patients with IPAH. At least it can be assumed that the changes of immune

system induce the already known effect of improved prognosis of IPAH by physical

activity.

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6 Abbildungs-/ Tabellenverzeichnis S. 5 Abb. 1: Einteilung pulmonale Hypertonie (Rosenkranz 2015)

S. 10 Abb. 2: Pathologische Veränderungen mit inflammatorischen Zellen

und plexiformen Läsionen (Rabinovitch 2012)

S. 23 Abb. 3: Projektskizze

S. 30 Tabelle 1: Zusammensetzung der verwendeten Antikörper

S. 32 Tabelle 2: Vom Zytometer gemessene periphere Blutzellen

S. 32 Abb. 4: Beispiel für FACS-Aufteilung der Zellpopulationen

S. 36 Tabelle 3: Base-line Parameter, IPAH vs. Kontrollen (CTR) und

Signifikanz

S. 39 Abb. 5: Veränderungen der Leukozytenpopulation bei erkrankten und

gesunden Probanden im Vergleich, vor und nach Belastung

S. 39 Abb. 6: Lymphozytenpopulationen, Unterschiede zwischen

erkrankten und gesunden Studienteilnehmern, sowie vor und nach

der Belastung

S. 41 Abb. 7: Veränderungen der B-Lymphozyten durch körperliche

Aktivität, Vergleich zwischen IPAH-Patienten und Kontrollen (healthy

subjects)

S. 42 Abb. 8: Korrelation T-Lymphozyten-Veränderungen mit dem Gehtest

und der maximaler Sauerstoffaufnahme/kg

S. 43 Abb. 9: Korrelation von TCRgd-T-Zellen mit Peak VO2/kg und

VE/VCO2

S. 44 Abb. 10: Korrelation von NKT-Zellen mit Peak VO2/kg und 6MWD

S. 44 Abb. 11: Korrelation von zytotoxischen T-Zellen mit Peak VO2/kg

und 6MWD

S. 46 Abb. 12: Korrelation Th17-Veränderung durch Belastung

S. 46 Abb. 13: Th17-Lymphozytenveränderung IPAH – CTR

S. 47 Abb. 14: Korrelation Th17-Lymphozyten mit 6MWD und Peak

VO2/kg

S. 48 Abb. 15: Korrelation Treg mit 6MWD und Peak VO2/kg

S. 49 Abb. 16: Veränderungen der IL-6-Konzentration bei IPAH sowie CTR

vor und nach Belastung

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S. 49 Abb. 17: Korrelation von IL-6-Veränderung mit der maximalen

Sauerstoffaufnahme/kg und dem Äquivalent der

Carbondioxideliminierung

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69

7 Abkürzungsverzeichnis ACTH Adrenocorticotropen Hormon

AT anaerobe Schwelle

BMI Body-Mass-Index

BMP bone morphogenic protein

BMPR 2 bone morphogenetic protein receptor 2

BNP brain natriuretic peptide

B-Zellen Lymphozyten, gereift im Knochenmark (bone marrow)

CAMPHOR Cambridge Pulmonary Hypertension Outcome Review

CCL5 Chemokinligand 5

CD Cluster of differentiation

CED chronisch entzündlichen Darmerkrankungen

COPD chronisch obstructive pulmonary disease

CRP C-reaktives Protein

CTEPH chronic thromboembolic pulmonary hypertension

CTR Kontrollgruppe

EKG Elektrokardiografie

ELISA Enzyme-Linked Immunosorbent Assay

FACS fluorescence-activated cell sorter

FEV1 forced expiratory volume in 1 second

FVC funktionelle Vitalkapazität

FGF2 Fibroblast growth factor 2

FPAH familiäre pulmonalarterielle Hypertonie

Gamma-GT γ-Glutamyltransferase

GM-CSF granulozytes-macrophages colony-stimulating-factor

GOT Glutamat-Oxalacetat-Transaminase

GPT Glutamat-Pyruvat-Transaminase

Gr. Gruppe der PH-Klasse

HIV human immunodeficiency virus

HR Herzfrequenz

IL-1RA IL-1 Rezeptor Antagonist

INR international normalized ratio

IL-1, IL-6 Interleukine 1, 6

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IPAH idiopathisch pulmonalarterielle Hypertonie

K-S-Test Kolmogorow-Smirnow-Test: statistischer Test auf

Übereinstimmung zweier Wahrscheinlichkeitsverteilun-

gen

MCP-1 monocyte chemoattractant protein 1

MCT Monokrotalin

mPAP Mittlerer PAP

MWU-Test Man-Whitney-U-Test

M1 und M2 Makrophagen Typ 1, Typ 2

NKT-Zelen natürliche Killer-T-Zellen

NK-Zellen natürliche Killerzellen

NO Stickstoffmonoxid

NTproBNP n-terminales proBNP

NYHA New York Heart Association

PAH pulmonal-arterielle Hypertonie

PAP pulmonal-arterieller Druck

PBMC peripheral blood mononuclear cell

PCWP pulmonal-kapillärer Verschlussdruck= Wedge-Druck

Peak VO2 maximale Sauerstoffaufnahme

Peak VO2/kg max. Sauerstoffaufnahme pro Kilogramm

PH pulmonale Hypertonie

PVR pulmonalvaskulärer Widerstand

rANOVA repeated analysis of variance

RR Blutdruck

RVSP right ventricle systolic pressure

2SF-36v2 Short Form Health Survey, version

sGCS soluble guanylate cyclase stimulator

SPSS Statistical Package for the Social Sciences; Programm

für die statistische Analyse

T-Zellen im Thymus gereifte Lymphozyten

TAPSE tricuspid annular plane systolic excursion

TCRgd-Zellen gamma delta T-Zellen mit T-Zell-Rezeptor

Tei-Index myocardal performance index

Th1 T-Helferzellen

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TLR Toll-like-Rezeptoren

TLCO transfer factor of the lung for carbon monoxide

Treg-Zellen regulatorische T-Zellen

TTE transthorakaler Echokardiografie

TNF-a Tumornekrosefaktor a

T-Test Hypothesentest mit t-verteilter Testprüfgröße

UKE Universitätsklinikum Eppendorf

VC vital capacity

VEGF vascular endothelial growth factor

VO2_AT maximale Sauerstoffaufnahme an AT

VE_max maximales Atemminutenvolumen

VE_AT Atemminutenvolumen an AT

VCO2_Max maximale Karbondioxidabgabe

VCO2_AT maximale Karbondioxidabgabe an AT

VE/CO2_AT ventilatory equivalents for carbon dioxide at AT

WHO World health organisation

6MWD 6-minutes-walking-distance= 6-Minuten-Gehtest

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8 Literaturverzeichnis Acosta-Rodriguez, E. V., L. Rivino, J. Geginat, D. Jarrossay, M. Gattorno, A.Lanzavecchia,F.SallustoandG.Napolitani(2007)."Surfacephenotypeandantigenicspecificityofhumaninterleukin17-producingThelpermemorycells."NatImmunol8(6):639-646.Adams,G.R.,F.P.Zaldivar,D.M.Nance,E.Kodesh,S.Radom-AizikandD.M.Cooper(2011)."Exerciseandleukocyteinterchangeamongcentralcirculation, lung,spleen,andmuscle."Brain,behavior,andimmunity25(4):658-666.Alastalo,T.P.,M.Li, J.PerezVde,D.Pham,H.Sawada, J.K.Wang,M.Koskenvuo,L.Wang, B. A. Freeman, H. Y. Chang and M. Rabinovitch (2011). "Disruption ofPPARgamma/beta-catenin-mediated regulation of apelin impairs BMP-inducedmouseandhumanpulmonaryarterialECsurvival."JClinInvest121(9):3735-3746.Arcasoy,S.M.,J.D.Christie,V.A.Ferrari,M.S.Sutton,D.A.Zisman,N.P.Blumenthal,A.PochettinoandR.M.Kotloff(2003)."Echocardiographicassessmentofpulmonaryhypertension in patients with advanced lung disease." Am J Respir Crit Care Med167(5):735-740.Atkinson,C.,S.Stewart,P.D.Upton,R.Machado,J.R.Thomson,R.C.TrembathandN.W. Morrell (2002). "Primary pulmonary hypertension is associated with reducedpulmonary vascular expression of type II bone morphogenetic protein receptor."Circulation105(14):1672-1678.Babu,A. S., R. Padmakumar,A.G.Maiya,A.K.Mohapatra andR. L.Kamath (2016)."Effects of Exercise Training on Exercise Capacity in Pulmonary ArterialHypertension: A Systematic Review of Clinical Trials."Heart Lung Circ25(4): 333-341.Badesch,D.B.,H.C.Champion,M.A.Sanchez,M.M.Hoeper, J.E.Loyd,A.Manes,M.McGoon,R.Naeije,H.Olschewski,R. J.OudizandA.Torbicki(2009)."Diagnosisandassessmentofpulmonaryarterialhypertension."JAmCollCardiol54(1Suppl):S55-66.Baeten, D., A. M. Boots, P. G. Steenbakkers, D. Elewaut, E. Bos, G. F. Verheijden, G.Berheijden, A. M. Miltenburg, A. W. Rijnders, E. M. Veys and F. De Keyser (2000)."Human cartilage gp-39+,CD16+ monocytes in peripheral blood and synovium:correlation with joint destruction in rheumatoid arthritis." Arthritis Rheum43(6):1233-1243.Bedard,E.,K.DimopoulosandM.A.Gatzoulis(2009)."Hastherebeenanyprogressmadeonpregnancyoutcomesamongwomenwithpulmonaryarterialhypertension?"EurHeartJ30(3):256-265.Bilski, J., A. Mazur-Bialy, B. Brzozowski, M. Magierowski, J. Zahradnik-Bilska, D.Wojcik, K. Magierowska, S. Kwiecien, T. Mach and T. Brzozowski (2016). "Canexerciseaffect thecourseof inflammatoryboweldisease?Experimentalandclinicalevidence."PharmacolRep.Chan,L.,L.M.Chin,M.Kennedy,J.G.Woolstenhulme,S.D.Nathan,A.A.Weinstein,G.Connors, N. A.Weir, B. Drinkard, J. Lamberti and R. E. Keyser (2013). "Benefits ofintensivetreadmillexercisetrainingoncardiorespiratoryfunctionandqualityoflifeinpatientswithpulmonaryhypertension."Chest143(2):333-343.Cinti,S.,G.Mitchell,G.Barbatelli,I.Murano,E.Ceresi,E.Faloia,S.Wang,M.Fortier,A.S. Greenberg and M. S. Obin (2005). "Adipocyte death defines macrophage

Page 77: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

73

localization and function in adipose tissue of obesemice and humans." J Lipid Res46(11):2347-2355.Clark,S.,E.Page,T.Ford,R.Metcalf,A.Pozniak,M.Nelson,D.C.Henderson,D.Asboe,F. Gotch, B. G. Gazzard and P. Kelleher (2011). "Reduced T(H)1/T(H)17 CD4 T-cellnumbers are associatedwith impaired purified protein derivative-specific cytokineresponsesinpatientswithHIV-1infection."JAllergyClinImmunol128(4):838-846e835.Colombo,R.,R.Siqueira,A.Conzatti,T.R.Fernandes,A.M.Tavares,A.S.AraujoandA.Bello-Klein (2015). "Aerobic Exercise Promotes a Decrease in Right VentricleApoptotic Proteins inExperimental CorPulmonale." J CardiovascPharmacol66(3):246-253.Courboulin,A., V. L. Tremblay,M.Barrier, J.Meloche,M.H. Jacob,M. Chapolard,M.Bisserier, R. Paulin, C. Lambert, S. Provencher and S. Bonnet (2011). "Kruppel-likefactor5contributestopulmonaryarterysmoothmuscleproliferationandresistancetoapoptosisinhumanpulmonaryarterialhypertension."RespirRes12:128.Cracowski,J.L.,F.Chabot,J.Labarere,P.Faure,B.Degano,C.Schwebel,A.Chaouat,M.Reynaud-Gaubert, C. Cracowski, O. Sitbon, A. Yaici, G. Simonneau and M. Humbert(2014). "Proinflammatory cytokine levels are linked todeath inpulmonary arterialhypertension."EurRespirJ43(3):915-917.Damsker,J.M.,A.M.HansenandR.R.Caspi(2010)."Th1andTh17cells:adversariesandcollaborators."AnnNYAcadSci1183:211-221.Danesh,J.,P.Whincup,M.Walker,L.Lennon,A.Thomson,P.Appleby,J.R.Gallimoreand M. B. Pepys (2000). "Low grade inflammation and coronary heart disease:prospectivestudyandupdatedmeta-analyses."BMJ321(7255):199-204.Das, U. N. (2004). "Metabolic syndrome X: an inflammatory condition?" CurrHypertensRep6(1):66-73.deMan,F.S.,M.L.Handoko,H.Groepenhoff,A.J.van'tHul,J.Abbink,R.J.Koppers,H.P.Grotjohan,J.W.Twisk,H.J.Bogaard,A.Boonstra,P.E.Postmus,N.Westerhof,W.J.van der Laarse and A. Vonk-Noordegraaf (2009). "Effects of exercise training inpatientswith idiopathicpulmonaryarterialhypertension."EurRespir J34(3):669-675.Dewachter, L., S. Adnot, E. Fadel, M. Humbert, B. Maitre, A. M. Barlier-Mur, G.Simonneau,M.Hamon,R.NaeijeandS.Eddahibi(2006)."Angiopoietin/Tie2pathwayinfluences smoothmusclehyperplasia in idiopathicpulmonaryhypertension."Am JRespirCritCareMed174(9):1025-1033.Fingerle-Rowson, G., M. Angstwurm, R. Andreesen and H. W. Ziegler-Heitbrock(1998)."SelectivedepletionofCD14+CD16+monocytesbyglucocorticoidtherapy."ClinExpImmunol112(3):501-506.Fischer, C. P. (2006). "Interleukin-6 in acute exercise and training: what is thebiologicalrelevance?"ExercImmunolRev12:6-33.Fishman,A.P.(2001)."Clinicalclassificationofpulmonaryhypertension."ClinChestMed22(3):385-391,vii.Flynn, M. G. and B. K. McFarlin (2006). "Toll-like receptor 4: link to the anti-inflammatoryeffectsofexercise?"ExercSportSciRev34(4):176-181.Galie, N., M. M. Hoeper, M. Humbert, A. Torbicki, J. L. Vachiery, J. A. Barbera, M.Beghetti,P.Corris,S.Gaine,J.S.Gibbs,M.A.Gomez-Sanchez,G.Jondeau,W.Klepetko,C.Opitz,A.Peacock,L.Rubin,M.Zellweger,G.SimonneauandE.S.C.C.f.P.Guidelines(2009)."Guidelinesforthediagnosisandtreatmentofpulmonaryhypertension:theTask Force for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Hypertension of theEuropean Society of Cardiology (ESC) and theEuropeanRespiratory Society (ERS),

Page 78: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

74

endorsedby the International Society ofHeart and LungTransplantation (ISHLT)."EurHeartJ30(20):2493-2537.Galie,N.,A.Manes,L.Negro,M.Palazzini,M.L.Bacchi-ReggianiandA.Branzi(2009)."Ameta-analysisofrandomizedcontrolledtrialsinpulmonaryarterialhypertension."EurHeartJ30(4):394-403.Galie, N., A. Torbicki, R. Barst, P. Dartevelle, S. Haworth, T. Higenbottam, H.Olschewski,A.Peacock,G.Pietra,L.J.Rubin,G.Simonneau,S.G.Priori,M.A.Garcia,J.J.Blanc,A.Budaj,M.Cowie,V.Dean,J.Deckers,E.F.Burgos,J.Lekakis,B.Lindahl,G.Mazzotta, K. McGregor, J. Morais, A. Oto, O. A. Smiseth, J. A. Barbera, S. Gibbs, M.Hoeper, M. Humbert, R. Naeije, J. Pepke-Zaba and F. Task (2004). "Guidelines ondiagnosis and treatment of pulmonary arterial hypertension. The Task Force onDiagnosis and Treatment of Pulmonary Arterial Hypertension of the EuropeanSocietyofCardiology."EurHeartJ25(24):2243-2278.Ghofrani,H.A.,O.Distler,F.Gerhardt,M.Gorenflo,E.Grunig,W.E.Haefeli,M.Held,M.M. Hoeper, C.M. Kahler, H. Kaemmerer, H. Klose, V. Kollner, B. Kopp, S.Mebus, A.Meyer,O.Miera,D.Pittrow,G.Riemekasten,S.Rosenkranz,D.Schranz,R.Voswinckel,H.Olschewski,t.G.S.o.R.M.GermanSocietyofCardiologyandC.theGermanSocietyof Pediatric (2010). "[Treatment of pulmonary arterial hypertension (PAH):recommendations of the Cologne Consensus Conference 2010]." Dtsch MedWochenschr135Suppl3:S87-101.Ghofrani,H.A.,N.Galie,F.Grimminger,E.Grunig,M.Humbert,Z.C.Jing,A.M.Keogh,D.Langleben,M.O.Kilama,A.Fritsch,D.Neuser,L. J.RubinandP.-S.Group(2013)."Riociguat for the treatment of pulmonary arterial hypertension." N Engl J Med369(4):330-340.Gibbs,J.(2007)."MakingadiagnosisinPAH."EuropeanRespiratoryReview16(102):8-12.Gleeson,M.,N.Bishop,M.Oliveira,T.McCauley,P.TaulerandA.S.Muhamad(2012)."Respiratory infection risk in athletes: association with antigen-stimulated IL-10productionandsalivaryIgAsecretion."ScandJMedSciSports22(3):410-417.Gleeson,M.,N.C.Bishop,D. J.Stensel,M.R.Lindley,S.S.MastanaandM.A.Nimmo(2011)."Theanti-inflammatoryeffectsofexercise:mechanismsandimplicationsforthepreventionandtreatmentofdisease."NatRevImmunol11(9):607-615.Golembeski,S.M.,J.West,Y.TadaandK.A.Fagan(2005)."Interleukin-6causesmildpulmonaryhypertensionandaugmentshypoxia-inducedpulmonaryhypertensioninmice."Chest128(6Suppl):572S-573S.Grunig, E., N. Ehlken, A. Ghofrani, G. Staehler, F. J. Meyer, J. Juenger, C. F. Opitz, H.Klose, H. Wilkens, S. Rosenkranz, H. Olschewski and M. Halank (2011). "Effect ofexerciseandrespiratorytrainingonclinicalprogressionandsurvivalinpatientswithseverechronicpulmonaryhypertension."Respiration81(5):394-401.Hager-Theodorides, A. L., S. V. Outram, D. K. Shah, R. Sacedon, R. E. Shrimpton, A.Vicente, A. Varas and T. Crompton (2002). "Bone morphogenetic protein 2/4signalingregulatesearlythymocytedifferentiation."JImmunol169(10):5496-5504.Hargett,L.A.,L.J.Hartman,A.K.Scruggs,J.M.McLendon,A.K.HavenandN.N.Bauer(2015). "Severepulmonaryarterialhypertensiveratsare tolerant tomildexercise."Pulmonarycirculation5(2):349.Hatano, S. and T. Strasser (1975). Primary Pulmonary Hypertension: Report on aWHOMeeting,Geneva,15-17Oct.,1973,WorldHealthOrganisation.Hautefort,A.,B.Girerd,D.Montani,S.Cohen-Kaminsky,L.Price,B.N.Lambrecht,M.Humbert andF.Perros (2015). "T-helper17 cell polarization inpulmonaryarterialhypertension."Chest147(6):1610-1620.

Page 79: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

75

Hautefort,A.,B.Girerd,D.Montani,S.C.Kaminsky,B.Lambrecht,M.HumbertandF.Perros (2015). "Th17 polarization in pulmonary arterial hypertension." Revue desMaladiesRespiratoires32(3):308.Hislop, A. and L. Reid (1974). "Arterial changes in Crotalaria spectabilis-inducedpulmonaryhypertensioninrats."BrJExpPathol55(2):153-163.Hotamisligil, G. S. (2006). "Inflammation and metabolic disorders." Nature444(7121):860-867.Humbert, M., O. Sitbon, A. Chaouat, M. Bertocchi, G. Habib, V. Gressin, A. Yaici, E.Weitzenblum, J. F. Cordier, F. Chabot, C. Dromer, C. Pison, M. Reynaud-Gaubert, A.Haloun, M. Laurent, E. Hachulla and G. Simonneau (2006). "Pulmonary arterialhypertensioninFrance:resultsfromanationalregistry."AmJRespirCritCareMed173(9):1023-1030.Jiao,P.,Q.Chen,S.Shah,J.Du,B.Tao,I.Tzameli,W.YanandH.Xu(2009)."Obesity-relatedupregulationofmonocytechemotactic factors inadipocytes: involvementofnuclear factor-kappaB and c-Jun NH2-terminal kinase pathways." Diabetes 58(1):104-115.Kakanis, M. W., J. Peake, E. W. Brenu, M. Simmonds, B. Gray and S. M. Marshall-Gradisnik (2014). "T helper cell cytokine profiles after endurance exercise." JInterferonCytokineRes34(9):699-706.Kawanishi,N.,H.Yano,Y.YokogawaandK.Suzuki(2010)."Exercisetraininginhibitsinflammation inadipose tissueviabothsuppressionofmacrophage infiltrationandacceleration of phenotypic switching fromM1 toM2macrophages in high-fat-diet-inducedobesemice."ExercImmunolRev16:105-118.Krüger,K. andF.Mooren (2007). "Tcellhomingandexercise."Exerc ImmunolRev13:37-54.Lee,J.G.andE.P.Kay(2009)."Commonanddistinctpathwaysforcellularactivitiesin FGF-2 signaling induced by IL-1beta in corneal endothelial cells." InvestOphthalmolVisSci50(5):2067-2076.Leonard,B.E.(2007)."Inflammation,depressionanddementia:aretheyconnected?"NeurochemRes32(10):1749-1756.Li,M.,S.R.Riddle,M.G.Frid,K.C.ElKasmi,T.A.McKinsey,R.J.Sokol,D.Strassheim,B.Meyrick,M. E. Yeager, A. R. Flockton, B. A. McKeon, D. D. Lemon, T. R. Horn, A.Anwar, C. Barajas and K. R. Stenmark (2011). "Emergence of fibroblasts with aproinflammatory epigenetically altered phenotype in severe hypoxic pulmonaryhypertension."JImmunol187(5):2711-2722.Luger, D., P. B. Silver, J. Tang, D. Cua, Z. Chen, Y. Iwakura, E. P. Bowman, N. M.Sgambellone, C.-C. Chan and R. R. Caspi (2008). "Either a Th17 or a Th1 effectorresponse can drive autoimmunity: conditions of disease induction affect dominanteffectorcategory."TheJournalofexperimentalmedicine205(4):799-810.Lumeng, C. N., J. L. Bodzin and A. R. Saltiel (2007). "Obesity induces a phenotypicswitchinadiposetissuemacrophagepolarization."JClinInvest117(1):175-184.Maffei,M.,M.Funicello,T.Vottari,O.Gamucci,M.Costa,S.Lisi,A.Viegi,O.Ciampi,G.Bardi, P. Vitti, A. Pinchera and F. Santini (2009). "The obesity and inflammatorymarker haptoglobin attractsmonocytes via interactionwith chemokine (C-Cmotif)receptor2(CCR2)."BMCBiol7:87.Martinez, F. O., A. Sica, A.Mantovani andM. Locati (2008). "Macrophage activationandpolarization."FrontBiosci13:453-461.Mathur, N. and B. K. Pedersen (2008). "Exercise as a mean to control low-gradesystemicinflammation."MediatorsInflamm2008:109502.

Page 80: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

76

Matthews,C.E.,I.S.Ockene,P.S.Freedson,M.C.Rosal,P.A.MerriamandJ.R.Hebert(2002). "Moderate to vigorous physical activity and risk of upper-respiratory tractinfection."MedSciSportsExerc34(8):1242-1248.Miyata, M., F. Sakuma, A. Yoshimura, H. Ishikawa, T. Nishimaki and R. Kasukawa(1995). "Pulmonary Hypertension in Rats 2." International archives of allergy andimmunology108(3):287-291.Moore,K.W.,R.deWaalMalefyt,R.L.CoffmanandA.O'Garra(2001)."Interleukin-10andtheinterleukin-10receptor."AnnuRevImmunol19:683-765.Moreira-Goncalves,D.,R.Ferreira,H.Fonseca,A. I.Padrao,N.Moreno,A.F.Silva,F.Vasques-Novoa,N.Goncalves,S.Vieira,M.Santos,F.Amado, J.A.Duarte,A.F.Leite-MoreiraandT.Henriques-Coelho(2015). "Cardioprotectiveeffectsofearlyand lateaerobicexercisetraininginexperimentalpulmonaryarterialhypertension."BasicResCardiol110(6):57.Mujumdar,P.P.,P.J.Duerksen-Hughes,A.F.FirekandD.A.Hessinger(2011)."Long-term,progressive,aerobictrainingincreasesadiponectininmiddle-aged,overweight,untrainedmalesandfemales."ScandJClinLabInvest71(2):101-107.Natali, A. J., E. D. Fowler, S. C. Calaghan and E. White (2015). "Voluntary exercisedelaysheartfailureonsetinratswithpulmonaryarteryhypertension."AmJPhysiolHeartCircPhysiol309(3):H421-424.Opravil,M.,M.Pechere,R.Speich,H.I.Joller-Jemelka,R.Jenni,E.W.Russi,B.Hirscheland R. Luthy (1997). "HIV-associated primary pulmonary hypertension. A casecontrolstudy.SwissHIVCohortStudy."AmJRespirCritCareMed155(3):990-995.Ouchi,N., J. L.Parker, J. J. LugusandK.Walsh (2011). "Adipokines in inflammationandmetabolicdisease."NatRevImmunol11(2):85-97.Pengo, V., A. W. Lensing, M. H. Prins, A. Marchiori, B. L. Davidson, F. Tiozzo, P.Albanese, A. Biasiolo, C. Pegoraro, S. Iliceto, P. Prandoni and G. ThromboembolicPulmonary Hypertension Study (2004). "Incidence of chronic thromboembolicpulmonaryhypertensionafterpulmonaryembolism."NEngl JMed350(22):2257-2264.Perros,F.,P.Dorfmuller,D.Montani,H.Hammad,W.Waelput,B.Girerd,N.Raymond,O.Mercier,S.Mussot, S.Cohen-Kaminsky,M.HumbertandB.N.Lambrecht (2012)."Pulmonarylymphoidneogenesisinidiopathicpulmonaryarterialhypertension."AmJRespirCritCareMed185(3):311-321.Perry,C.,M.Pick,N.Bdolach,I.Hazan-Halevi,S.Kay,I.Berr,A.Reches,Y.HarishanuandD.Grisaru (2013). "Enduranceexercisediverts thebalancebetweenTh17cellsandregulatoryTcells."PLoSOne8(10):e74722.Petersen,A.M.andB.K.Pedersen(2005)."Theanti-inflammatoryeffectofexercise."JApplPhysiol(1985)98(4):1154-1162.Price, L. C., S. J. Wort, F. Perros, P. Dorfmuller, A. Huertas, D. Montani, S. Cohen-Kaminsky and M. Humbert (2012). "Inflammation in pulmonary arterialhypertension."Chest141(1):210-221.Rabinovitch, M. (2012). "Molecular pathogenesis of pulmonary arterialhypertension."JClinInvest122(12):4306-4313.Rabinovitch,M.,C.Guignabert,M.HumbertandM.R.Nicolls (2014). "Inflammationand immunity in the pathogenesis of pulmonary arterial hypertension." Circ Res115(1):165-175.Richter,M.,H. Gall, K. Tello,N. Sommer,W. Seeger, F. Grimminger andH. Ghofrani(2015)."MedikamentöseTherapiederpulmonalenHypertonie."DerInternist56(5):573-582.

Page 81: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

77

Rook, G. A. and A. Dalgleish (2011). "Infection, immunoregulation, and cancer."ImmunolRev240(1):141-159.Rosenkranz, S. (2015). "Pulmonary hypertension 2015: current definitions,terminology,andnoveltreatmentoptions."ClinResCardiol104(3):197-207.Sakaguchi, S. (2005). "Naturally arising Foxp3-expressing CD25+CD4+ regulatory Tcellsinimmunologicaltolerancetoselfandnon-self."NatImmunol6(4):345-352.Savale, L., L. Tu, D. Rideau, M. Izziki, B. Maitre, S. Adnot and S. Eddahibi (2009)."Impact of interleukin-6 on hypoxia-induced pulmonary hypertension and lunginflammationinmice."RespirRes10:6.Savale, L., L. Tu, D. Rideau, M. Izziki, B. Maitre, S. Adnot and S. Eddahibi (2009)."Impact of interleukin-6 on hypoxia-induced pulmonary hypertension and lunginflammationinmice."RespirRes10(6):236-244.Sawada,H.,T.Saito,N.P.Nickel,T.P.Alastalo,J.P.Glotzbach,R.Chan,L.Haghighat,G.Fuchs,M. Januszyk, A. Cao, Y. J. Lai, J. Perez Vde, Y.M. Kim, L.Wang, P. I. Chen, E.Spiekerkoetter, Y. Mitani, G. C. Gurtner, P. Sarnow and M. Rabinovitch (2014)."Reduced BMPR2 expression induces GM-CSF translation and macrophagerecruitmentinhumansandmicetoexacerbatepulmonaryhypertension."JExpMed211(2):263-280.Schlitt,A.,G.H.Heine,S.Blankenberg,C.Espinola-Klein,J.F.Dopheide,C.Bickel,K.J.Lackner, M. Iz, J. Meyer, H. Darius and H. J. Rupprecht (2004). "CD14+CD16+monocytes in coronary artery disease and their relationship to serum TNF-alphalevels."ThrombHaemost92(2):419-424.Shoelson,S.E.,J.LeeandA.B.Goldfine(2006)."Inflammationandinsulinresistance."JClinInvest116(7):1793-1801.Simonneau,G.,M.A.Gatzoulis, I.Adatia,D.Celermajer,C.Denton,A.Ghofrani,M.A.GomezSanchez,R.KrishnaKumar,M.Landzberg,R.F.Machado,H.Olschewski,I.M.Robbins and R. Souza (2013). "Updated clinical classification of pulmonaryhypertension."JAmCollCardiol62(25Suppl):D34-41.Sitbon,O.,M.Humbert,X.Jais,V.Ioos,A.M.Hamid,S.Provencher,G.Garcia,F.Parent,P.HerveandG.Simonneau(2005)."Long-termresponsetocalciumchannelblockersinidiopathicpulmonaryarterialhypertension."Circulation111(23):3105-3111.Soon,E.,A.M.Holmes,C.M.Treacy,N. J.Doughty,L.Southgate,R.D.Machado,R.C.Trembath,S.Jennings,L.Barker,P.Nicklin,C.Walker,D.C.Budd,J.Pepke-ZabaandN.W. Morrell (2010). "Elevated levels of inflammatory cytokines predict survival inidiopathic and familial pulmonary arterial hypertension." Circulation 122(9): 920-927.Stacher,E.,B.B.Graham,J.M.Hunt,A.Gandjeva,S.D.Groshong,V.V.McLaughlin,M.Jessup,W.E.Grizzle,M.A.Aldred, C.D. Cool andR.M.Tuder (2012). "Modern agepathology of pulmonary arterial hypertension." Am J Respir Crit CareMed186(3):261-272.Starkie, R., S. R. Ostrowski, S. Jauffred, M. Febbraio and B. K. Pedersen (2003)."Exercise and IL-6 infusion inhibit endotoxin-induced TNF-alpha production inhumans."FASEBJ17(8):884-886.Steensberg, A., C. P. Fischer, C. Keller, K. Moller and B. K. Pedersen (2003). "IL-6enhances plasma IL-1ra, IL-10, and cortisol in humans." Am J Physiol EndocrinolMetab285(2):E433-437.Steiner, M. K., O. L. Syrkina, N. Kolliputi, E. J. Mark, C. A. Hales and A. B.Waxman(2009). "Interleukin-6 overexpression induces pulmonary hypertension." Circ Res104(2):236-244,228pfollowing244.

Page 82: Renk Dissertation final - ediss.sub.uni-hamburg.de · In der Einleitung der Dissertation wird zunächst das Krankheitsbild der pulmonal-arteriellen Hypertonie dargestellt. Nach kurzer

78

Takeda,K., T.Kaisho and S.Akira (2003). "Toll-like receptors."AnnuRev Immunol21:335-376.Tamosiuniene,R.,W.Tian,G.Dhillon,L.Wang,Y.K.Sung,L.Gera,A. J.Patterson,R.Agrawal,M.Rabinovitch,K.Ambler,C.S.Long,N.F.VoelkelandM.R.Nicolls(2011)."Regulatory T cells limit vascular endothelial injury and prevent pulmonaryhypertension."CircRes109(8):867-879.Thompson, K. and M. Rabinovitch (1996). "Exogenous leukocyte and endogenouselastasescanmediatemitogenicactivityinpulmonaryarterysmoothmusclecellsbyrelease of extracellular-matrix bound basic fibroblast growth factor." J Cell Physiol166(3):495-505.Tian,W.,X.Jiang,R.Tamosiuniene,Y.K.Sung,J.Qian,G.Dhillon,L.Gera,L.Farkas,M.Rabinovitch,R.T.Zamanian,M.Inayathullah,M.Fridlib,J.Rajadas,M.Peters-Golden,N.F.VoelkelandM.R.Nicolls(2013)."Blockingmacrophageleukotrieneb4preventsendothelial injury and reverses pulmonary hypertension." Sci Transl Med 5(200):200ra117.Timmerman,K.L.,M.G.Flynn,P.M.Coen,M.M.MarkofskiandB.D.Pence (2008)."Exercise training-induced lowering of inflammatory (CD14+CD16+) monocytes: aroleintheanti-inflammatoryinfluenceofexercise?"JLeukocBiol84(5):1271-1278.Tu, L., F. S. DeMan, B. Girerd, A. Huertas,M.-C. Chaumais, F. Lecerf, C. François, F.Perros, P. Dorfmüller and E. Fadel (2012). "A critical role for p130Cas in theprogressionofpulmonaryhypertensioninhumansandrodents."Americanjournalofrespiratoryandcriticalcaremedicine186(7):666-676.Walsh, N. P., M. Gleeson, R. J. Shephard, M. Gleeson, J. A. Woods, N. Bishop, M.Fleshner,C.Green,B.K.PedersenandL.Hoffman-Goete(2011)."Positionstatementpartone:immunefunctionandexercise."Wang, J., H. Song, X. Tang, Y. Yang, V. J. Vieira, Y. Niu and Y. Ma (2012). "Effect ofexercise training intensity onmurine T-regulatory cells and vaccination response."ScandJMedSciSports22(5):643-652.Yeh,S.H.,H.Chuang,L.W.Lin,C.Y.HsiaoandH.L.Eng(2006)."Regulartaichichuanexercise enhances functionalmobility andCD4CD25 regulatoryT cells."Br J SportsMed40(3):239-243.Zhao,G.,S.Zhou,A.DavieandQ.Su(2012)."Effectsofmoderateandhigh intensityexerciseonT1/T2balance."ExercImmunolRev18:98-114.

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9 Danksagung Mit der Fertigstellung meiner Doktorarbeit wird es Zeit mich bei denjenigen zu

bedanken, die mich beraten und begleitet haben.

Zunächst möchte ich meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. med. Carsten

Bokemeyer (Klinikdirektor der II. Medizinischen Klinik und Poliklink des

Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf) für die Betreuung und für die

Möglichkeit, die Dissertationsarbeit am pulmonologischen Institut durchzuführen,

danken.

Ein großer Dank gilt meinem Betreuer Dr. med. Lars Harbaum für seine wertvolle

Unterstützung bei der Planung, Durchführung und Auswertung der Studie. Ebenso

möchte ich mich für sein unermüdliches Engagement und seinen Einsatz

bedanken. Vielen Dank für die zahlreichen Treffen, die mir sehr halfen, meine

Arbeit voranzubringen.

Weiterhin möchte ich dem Institut für klinische Pharmakologie und Toxikologie für

die Möglichkeit der, für meine Arbeit essenziellen, Nutzung der Räumlichkeiten

danken. Zudem war die Unterstützung im Labor von Frau A. Steenpaß und Frau

M. Kastner sehr hilfreich sowie der Einsatz von Frau A. Glatzel.

Ein weiterer Dank gilt den Mitarbeitern der Pneumologischen Ambulanz für die

Ermöglichung der klinischen Untersuchungen, sowie den Studienkoordinatorinnen

Frau A. Paulsen und Frau U. Dickschas.

Vielen Dank an das Team der FACS Core facility im Campus Forschung, welches

bei Fragen jederzeit mit ihrer technischen und fachlichen Kompetenz zur

Verfügung stand.

Zudem danke ich der onkologischen Ambulanz, die mich das Gerät zur Erstellung

des Differentialblutbilds nutzen ließen.

Zuletzt möchte ich mich bei den Patienten und freiwilligen Probanden bedanken,

die sich zur Teilnahme an meiner Studie entschlossen haben. Sie haben nicht den

zeitlichen und geografischen Aufwand gescheut, an den Untersuchungen motiviert

teilzunehmen. Ohne die geduldigen Studienteilnehmer wäre dies nicht möglich

gewesen. Vielen Dank dafür.

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10 Lebenslauf

„Entfällt aus datenschutzrechtlichen Gründen“

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11 Eidesstattliche Erklärung Ich versichere ausdrücklich, dass ich die Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe

verfasst, andere als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt

und die aus den benutzten Werken wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen

einzeln nach Ausgabe (Auflage und Jahr des Erscheinens), Band und Seite des

benutzten Werkes kenntlich gemacht habe.

Ferner versichere ich, dass ich die Dissertation bisher nicht einem Fachvertreter

an einer anderen Hochschule zur Überprüfung vorgelegt oder mich anderweitig

um Zulassung zur Promotion beworben habe.

Ich erkläre mich einverstanden, dass meine Dissertation vom Dekanat der

Medizinischen Fakultät mit einer gängigen Software zur Erkennung von Plagiaten

überprüft werden kann.

Unterschrift: ......................................................................